材料学院团队联合发文报道熵调控弛豫铁电体的储能优化
2024/04/09
608基于电介质材料的介电储能电容器具有快的充放电速率、高的功率密度以及优越的可靠性，是现代电子电路系统中不可替代的组成部分。在已报道的各类电介质材料中，弛豫铁电体因具有小的极化翻转回滞和较大的极化值，成为电介质储能材料的主流研究对象之一。弛豫铁电体的弛豫性来源于其局部的成分异质性，但是局部成分异质性是定性的描述，不利于在实验上有效设计弛豫铁电体。
图1.基于多种典型介电材料的相场模拟结构
材料学院林元华教授等人总结出弛豫铁电体局部成分异质性与原子无序度（即原子构型熵）强烈相关（图1a），提出用熵来描述和评价局部成分异质性，而熵是一个可量化的参数，这将有助于在实验上更好地设计出高性能的弛豫铁电体。相场模拟结果表明熵可以显著地调控介电材料的极化特性（图1b），进而优化介电储能性能（图1c-e）。研究团队定义了优值（UF）参数综合评价电介质的储能性能，筛选出最佳区间是中熵。
图2.熵调控样品的晶体结构和元素分布
图3.材料的结构异质性、弛豫度、极化特性以及储能性能随熵的演变
图4.熵调控材料的储能性能
研究团队在实验上基于典型的层状铋基铁电材料（Bi4Ti3O12）（图2a-c）设计了实验，原子像的透射电镜结果表明引入的调控熵的元素（La，Pr，Nd和Sm）在原子尺度上是均匀分布的，并且可以看到在等价位置上的Bi元素可被引入的元素无序替代，表明通过熵的调控，提升了材料的局部成分异质性。基于透射电镜，他们进一步地统计了钙钛矿层中B-位原子相对于顶角A-位原子的相对位移，随着熵的增加，原子相对位移方向变得更加无序（图3a-c），且位移大小的分布变得更加弥散（图3d-f），表明更大的晶格扭曲和提升的局部结构异质性。
由于熵带来的成分无序和结构无序增加，导致材料的弛豫性增加，极化回滞减小，最终优化出了最佳的储能区间（图3g-i）是中熵，和模拟计算的结构一致。基于此，他们总结出熵-成分异质性-弛豫度的关联，进而将有助于在实验上更加有效地指导弛豫铁电体的设计，实现更佳的性能。最终在中熵的弛豫铁电体x=1.5的薄膜中实现了最优的储能性能，即储能密度为178.1 J cm-3，效率为80.5%，并且该薄膜还具有较好的充放电循环稳定性和宽温区的温度稳定性（图4a-d）。此外，基于中熵的成分，研究团队还尝试了多层薄膜电容器的制备，其相对于传统的流延制备的多层陶瓷电容器，显示了更高的储能性能（图4e-f）。
近日，相关成果以“熵调控弛豫铁电体的储能优化”（Engineering relaxors by entropy for high energy storage performance）为题在线发表于国际著名期刊《自然·能源》（Nature Energy）上。材料学院博士后杨兵兵、中科院物理所副研究员张庆华和北京理工大学教授黄厚兵为文章的共同第一作者。清华大学林元华教授、南策文院士为文章的共同通讯作者。论文的重要合作者还包括加州大学伯克利分校博士后潘豪，宾夕法尼亚州立大学教授陈龙庆，清华大学材料学院教授谷林，材料学院博士后蓝顺、杨乐陶、魏宾，以及博士生刘亦谦、刘逸群，北京理工大学的朱文轩等相关人员。本工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委中心项目等的资助。
鏂囩珷鏉ユ簮清华大学新闻锛屽垎浜彧涓哄鏈氦娴侊紝濡傛秹鍙婁镜鏉冮棶棰樿鑱旂郴鎴戜滑锛屾垜浠皢鍙婃椂淇敼鎴栧垹闄ゃ
-
2025骞9鏈堜紭璐ㄥ鏈細璁帹鑽 577
-
2025骞存櫤鑳藉厜瀛愬涓庡簲鐢ㄦ妧鏈浗闄呭 436
-
2025骞寸鍗佷簩灞婅兘婧愪笌鐜鐮旂┒鍥介檯 660
-
2025骞存満姊板伐绋嬶紝鏂拌兘婧愪笌鐢垫皵鎶鏈 784
-
2025骞磋绠楁満绉戝銆佸浘鍍忓垎鏋愪笌淇″彿 880
-
2025骞存潗鏂欏寲瀛︿笌鐕冩枡鐢垫睜鎶鏈浗闄 732
-
鍥藉鎶鏈浆绉讳汉鎵嶅煿鍏诲熀鍦皘鍏充簬涓惧姙2 09-02
-
2025骞存潗鏂欏寲瀛︺佸嚌鑱氭佺墿鐞嗕笌鐢电 09-01
-
2025骞磋兘婧愮粡娴庛佸彲鎸佺画鍐滀笟涓庣幆澧 09-01
-
2025骞存暟瀛楀仴搴枫佸尰瀛﹀奖鍍忎笌绁炵粡缃 09-01
-
2025骞村厜鐢垫潗鏂欍佸崐瀵间綋涓庣數瀛愬櫒浠 09-01
-
2025骞村煄甯傜敓鎬併佸尯鍩熺粡娴庝笌绌洪棿瑙 09-01
-
2025骞翠汉鏂囧湴鐞嗕笌鍙寔缁梾娓稿彂灞曞浗 09-01
-
2025骞村湴鐞冪墿鐞嗗銆佸崼鏄熷鑸笌閬ユ劅 09-01
-
2025骞存櫤鑳芥満鍣ㄤ汉銆佽嚜鍔ㄥ寲涓庣墿鑱旂綉 09-01
2025骞寸涓冨眾鍏堣繘璁＄畻鏈鸿瑙夛紝鍥惧儚涓庤櫄鎷熷寲.
2025骞寸涓冨眾鍏堣繘璁＄畻鏈虹瀛︼紝淇℃伅鎶鏈笌閫.
2025骞村煄甯傜幆澧冩薄鏌撶洃娴嬩笌淇鍥介檯瀛︽湳浼氳.
绗竷灞婂湴鐞冪瀛︿笌閬ユ劅娴嬬粯鍥介檯瀛︽湳浼氳锛圙RS.
绗洓灞婁紶鎰熷櫒鎶鏈笌鎺у埗鍥介檯鐮旇浼氾紙ISSTC.
绗洓灞婁簯璁＄畻銆佸ぇ鏁版嵁搴旂敤涓庤蒋浠跺伐绋嬪浗闄呭鏈細.
2025骞寸浜斿眾浜哄伐鏅鸿兘锛岃嚜鍔ㄥ寲涓庣畻娉曞浗闄呬細.
绗叚灞婅绠楁満閫氫俊涓庣綉缁滃畨鍏ㄥ浗闄呭鏈細璁紙CC.
2025骞磋绠楁満鎶鏈佹暟瀛楀獟浣撲笌浼犳挱鍥介檯瀛︽湳.
绗簲灞婃棤绾块氫俊銆佺綉缁滀笌鐗╄仈缃戝浗闄呭鏈細璁 (.
绗竷灞婁俊鎭笌璁＄畻鏈哄墠娌挎妧鏈浗闄呭鏈細璁(IC.
绗叓灞婄數鍔涚數瀛愪笌鎺у埗宸ョ▼鍥介檯瀛︽湳浼氳 (IC.
2025骞寸鍥涘眾閫氫俊锛屼俊鎭郴缁熶笌鏁版嵁绉戝鍥介檯.
2025骞存暟鎹瀛︿笌鏅鸿兘绯荤粺鍥介檯浼氳(DSI.
绗崄涓灞婃満姊板埗閫犳妧鏈笌宸ョ▼鏉愭枡鍥介檯瀛︽湳浼氳锛.
2025骞寸浜屽眾IEEE浜氭床鍏堣繘鐢垫皵涓庣數鍔涘伐.
-
2025骞翠袱闄㈤櫌澹閫夋湁鏁堝欓変汉116
-
2025鏈鏂癑CR鍒嗗尯鍙婂奖鍝嶅洜瀛2461
-
濂藉鏈:绉戠爺缃戝潃瀵艰埅|瀛︽湳澶存潯鍒641
-
2025骞村浗闄呮湡鍒婇璀﹀悕鍗曞彂甯!770
-
2025骞翠腑绉戦櫌鏈熷垔鍒嗗尯琛ㄩ噸纾呭彂4295
-
涓浗绉戝崗銆婇噸瑕佸鏈細璁洰褰曪紙202964
-
鍚夋灄澶у鏍￠暱寮犲笇锛氬鏈細璁腑鐨勬彁1619
-
2025骞村浗鑷劧姝ｅ紡鏀炬锛08-27
-
SCI璁烘枃涓殑鏁版嵁寮曠敤锛屽浣曢伩鍏08-15
-
EI鏍稿績鏈熷垔鍜屾櫘閫氭湡鍒婃湁浠涔堟湰璐08-15
-
鍥藉唴鏈熷垔EI涓庢牳蹇冩湁浠涔堝尯鍒紵涓08-15
-
鎬庝箞鏌ユ壘鍓嶅嚑骞寸殑EI鏈熷垔婧愶紵绉戠爺08-15
-
濡備綍鍑嗙‘楠岃瘉璁烘枃鏄惁琚玈CI鏀跺綍08-15
-
鏈烘绫籈I鏈熷垔鎶曠ǹ鍏ㄦ敾鐣ワ細浠庡疄楠08-15
-
SCI璁烘枃DOI鍙锋煡鎵惧叏鏀荤暐锛氬08-15
-
中国城镇改革发展研究中心 2098
-
上海领行展览服务有限公司 18148
-
中国环境科学学会循环经济分会 2067
-
西安爱科赛博电气股份有限公司 24076
-
APISE 23073
-
北京博亚国际展览有限公司 23839
-
BIT 24048
-
上海市粘接技术协会 21375
-
山东工商学院煤炭经济研究院 21064
-
北京理工大学机械与车辆工程学院 23157
-
西安建筑科技大学 18198
-
鄂尔多斯九盟集团 18043
-
北京永康中医药研究院 2089
-
張家界中國國際旅行社 17943
-
全国卫生产业企业管理协会抗菌产业 23000
-
武汉大学 8173
-
武汉科严文化发展有限公司 22999
-
International As 2074
-
沈阳医科大学 18343
-
czqqzx 18006
