Modulation of capacitive energy storage performance in 0.9(Na0.5Bi0.5)(Fe0.02Ti0.98)O3-0.1SrTiO3 relaxor ferroelectric thin film via sol-gel optimizing strategy

材料科学 薄膜 溶胶凝胶 铁电性 基质(水族馆) 热稳定性 化学工程 相(物质) 相变 复合材料 纳米技术 光电子学 电介质 凝聚态物理 工程类 地质学 有机化学 化学 物理 海洋学
作者
Shibing Xiao,Huiting Sui,Fuling Wu,Jia He,Xiaofang Liu,Huajun Sun
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier BV]
卷期号:49 (22): 35872-35884 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2023.08.268
摘要

0.9(Na0.5Bi0.5)(Fe0.02Ti0.98)O3-0.1SrTiO3 (NBSFT) precursor solutions with varying ratios (1:0, 2:1, 1:1 and 1:2) of C2H6O2 to C3H8O2 are modulated and phase-pure thin films (marked as NBSFT10, NBSFT21, NBSFT11 and NBSFT12) are deposited onto Pt(111)/Ti/SiO2/Si substrate. The hydrolysis of titanate is enhanced with the addition of C3H8O2, which is beneficial for the formation of three-dimension network structure in the sol-gel. The wettability of sol-gel onto the substrate is improved and both the critical radius of new phase and phase transition energy barrier from liquid to solid phases are decreased. All these contribute to fine grain size, even and dense microstructure, and smooth surface for thin films. Besides, the low phase transition energy barrier causes the ion migration with high-efficiency and the increased degree of ion disorder, which is highly relevant to the relaxation behavior of the thin films. Note that the NBSFT11 thin film possesses higher recoverable energy storage density (Wrec) and efficiency (η) of 41.0 J/cm3 and 71.6%, respectively under 3207.6 kV/cm. Excellent thermal stability within the temperature range of 20–220 °C, frequency stability in the range of 1–20 kHz, and fatigue resistance up to 1 × 108 cycles are obtained. These findings provide a novel approach and valuable guidance for designing ferroelectric thin films for energy storage applications.

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