Realizing simultaneously excellent energy storage and discharge properties in AgNbO3 based antiferroelectric ceramics via La3+ and Ta5+ co-substitution strategy

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作者
Yuqi Zhou,Shuaibing Gao,Jie Huang,Meng Shen,Shenglin Jiang,Yunbin He,Qingfeng Zhang
出处
期刊:Journal of Materiomics [Elsevier BV]
卷期号:9 (2): 410-421 被引量:55
标识
DOI:10.1016/j.jmat.2022.09.009
摘要

AgNbO3 based antiferroelectric (AFE) ceramics have large maximum polarization and low remanent polarization, and thus are important candidates for fabricating dielectric capacitors. However, their energy storage performances have been still large difference with those of lead-based AFEs because of their room-temperature ferrielectric (FIE) behavior. In this study, novel La3+ and Ta5+ co-substituted AgNbO3 ceramics are designed and developed. The introduction of La3+ and Ta5+ decreases the tolerance factor, reduces the polarizability of B-site cations and increases local structure heterogeneity of AgNbO3, which enhance AFE phase stability and refine polarization-electric field (P–E) loops. Besides, adding La3+ and Ta5+ into AgNbO3 ceramics causes the decrease of the grain sizes and the increase of the band gap, which contribute to increased Eb. As a consequence, a high recoverable energy density of 6.79 J/cm3 and large efficiency of 82.1%, which exceed those of many recently reported AgNbO3 based ceramics in terms of overall energy storage properties, are obtained in (Ag0.88La0.04)(Nb0.96Ta0.04)O3 ceramics. Furthermore, the discharge properties of the ceramic with discharge time of 16 ns and power density of 145.03 MW/cm3 outperform those of many lead-free dielectric ceramics.
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