AgNbO3-based antiferroelectric ceramics with superior energy storage performance via Gd/Ta substitution at A/B sites

材料科学 反铁电性 电介质 储能 陶瓷 极化率 极化(电化学) 兴奋剂 电场 铁电性 光电子学 工程物理 复合材料 功率(物理) 热力学 物理化学 分子 工程类 物理 量子力学 有机化学 化学
作者
Da‐Peng Yang,Mingwei Su,Changlai Yuan,Junlin Wu,Liufang Meng,Jiwen Xu,Wen Lei,Qin Feng,Baohua Zhu,Changrong Zhou,G. Lakshmi Narayana Rao
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier BV]
卷期号:49 (11): 18143-18152 被引量:43
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2023.02.183
摘要

Dielectric materials have attracted considerable attention owing to their excellent power densities and fast charge/discharge characteristics. AgNbO3, as a typical antiferroelectric (AFE) material, is regarded as a promising dielectric material owing to its large polarization value and environmentally friendly nature. However, the low energy density of this system limits its further application. In this study, the slim P-E loops are implemented by Gd/Ta substitution at A/B sites, which provide a superior energy storage performance with a Wrec of 6.99 J/cm3 under 400 kV/cm. This improvement in energy storage property can be attributed to three factors: firstly, a significant improvement in the AFE stability is obtained by reducing the tolerance factor t and the B-site polarizability; secondly, this strategy leads to a reduction in the grain size of the material, optimizing the breakdown electric field Eb of AN-based ceramics; lastly, A/B-site codoping induces structural distortion of the material, constructs an internal chemical pressure, and suppresses its oxide octahedral tilting. Furthermore, the Gd/Ta co-doped ceramics exhibit an excellent practical charging/discharging efficiency (<10 μs). This work demonstrates that the electrical properties of AN-based ceramics have been optimized by Gd/Ta codoping, making them good candidates for pulsed power systems.
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