【成果簡介】

    6月19日，清華大學材料學院李敬鋒教授課題組在Advanced Materials上在線發表了題為“Lead-Free Antiferroelectric Silver Niobate Tantalate with High Energy Storage Performance”的研究論文，報道了該課題組在鐵電陶瓷儲能材料研究方面取得的重要進展。這項成果不僅發現了一種具有高儲能密度和良好溫度穩定性的無鉛反鐵電陶瓷材料，而且其反鐵電性增強機制研究為無鉛反鐵電儲能陶瓷的研發提供了新思路。

    【圖文導讀】

    圖1 性能結果表征

    （a）Ag（Nb1-xTax）O3陶瓷的介電擊穿強度和晶粒尺寸。插圖為AgNbO3和Ag（Nb80Ta0.20）O3陶瓷的微觀結構。

    （b）Ag（Nb1-xTax）O3陶瓷的介電擊穿強度的Weibull圖。

    （c）AgNbO3陶瓷的介電常數的溫度和頻率依賴性。

    （d）由介電常數確定的Ag（Nb1-xTax）O3的相圖。

    圖2 性能結果表征

    （a，c）AgNbO3陶瓷在20℃和100℃下的磁滯回線和介電可調性。

    （b，d）在20℃和100℃下Ag（Nb0.85Ta0.15）O3陶瓷的磁滯回線和介電可調性。

    【研究內容】

    儲能材料與器件是近年來功能材料領域的研究熱點，其中具有高儲能密度和高可靠性的電介質儲能材料在高能脈沖功率技術等領域有著幾乎不可替代的應用。具有雙電滯回線特征的反鐵電儲能材料一直備受關注，但過去的研究主要集中在鋯鈦酸鉛（Pb（Zr,Ti）O3）體系。基于在鈮酸鹽基無鉛壓電陶瓷研究方面的長期工作，李敬鋒教授課題組對鈮酸銀（AgNbO3）的反鐵電性及其儲能特性開展研究，發現Ta摻雜可以調控AgNbO3的相變，顯著提升介電擊穿強度和反鐵電性，其最大可釋放儲能密度達到4.2 J/cm3，比純AgNbO3提升了260%，且在20-120℃內可釋放儲能密度的變化幅度維持在±5%以內。

    論文第一作者為材料學院博士后趙磊，通訊作者為清華大學材料學院李敬鋒教授，澳大利亞臥龍崗大學創新材料研究所張樹君教授為共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金重點項目、973項目和中國博士后基金等項目的支持。

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責任編輯：王元

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