Lead-free (Ag,K)NbO 3 materials for high-performance explosive energy conversion

爆炸物 自然键轨道 材料科学 铅(地质) 纳米技术 化学 密度泛函理论 地质学 计算化学 地貌学 有机化学
作者
Zhen Liu,Teng Lü,Fei Xue,Hengchang Nie,Ray L. Withers,Andrew J. Studer,Felipe Kremer,Narendirakumar Narayanan,Xianlin Dong,Dehong Yu,Long‐Qing Chen,Yun Liu,Genshui Wang
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:6 (21) 被引量:55
标识
DOI:10.1126/sciadv.aba0367
摘要

Explosive energy conversion materials with extremely rapid response times have broad and growing applications in energy, medical, defense, and mining areas. Research into the underlying mechanisms and the search for new candidate materials in this field are so limited that environment-unfriendly Pb(Zr,Ti)O3 still dominates after half a century. Here, we report the discovery of a previously undiscovered, lead-free (Ag0.935K0.065)NbO3 material, which possesses a record-high energy storage density of 5.401 J/g, enabling a pulse current ~ 22 A within 1.8 microseconds. It also exhibits excellent temperature stability up to 150°C. Various in situ experimental and theoretical investigations reveal the mechanism underlying this explosive energy conversion can be attributed to a pressure-induced octahedral tilt change from a-a-c+ to a-a-c-/a-a-c+, in accordance with an irreversible pressure-driven ferroelectric-antiferroelectric phase transition. This work provides a high performance alternative to Pb(Zr,Ti)O3 and also guidance for the further development of new materials and devices for explosive energy conversion.
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