Atomically chemical heterogeneity endowing dielectric ceramics with ultrahigh energy storage

材料科学 电介质 陶瓷 铁电性 电容器 极化(电化学) 钙钛矿(结构) 纳米尺度 化学物理 凝聚态物理 光电子学 化学稳定性 格子(音乐) 纳米技术 电场 储能 纳米 极地的 介电常数 铁电陶瓷 反铁电性 密度泛函理论 极化密度 工程物理 电压 表面能 高-κ电介质 电势能 能源景观
作者
Bing Xie,Qingqing Wu,Zhiqing Li,Zhen Wang,Zhiyong Liu,Kun Guo,Haibo Zhang,Huajie Luo,Tianyu Li
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:12 (28): eaef3315-eaef3315 被引量:4
标识
DOI:10.1126/sciadv.aef3315
摘要

Harnessing local structural and chemical complexity in dielectric ceramics to reconcile large polarization, low hysteretic loss, and high breakdown strength is central to advancing dielectric capacitors for pulsed-power and high-voltage electronics. Here, we show that atomic-scale chemical heterogeneity, deliberately engineered in a relaxor ferroelectric perovskite matrix, provides an effective route to simultaneously elevate energy density and efficiency in bulk lead-free ceramics. Using canonical (Bi 0.5 Na 0.5 )TiO 3 -based relaxor ferroelectric as a host, we propose an atomically chemical heterogeneity design by manipulating coupled A/B-sublattice occupancy correlations while preserving the average pseudocubic perovskite framework. Systematic characterizations of local chemical structures reveal nonrandom cation configurations at the atomic scale, severe local lattice distortion, and ultrafine slush-like multipolar nanodomains (1 to 4 nanometers in size) in which tetragonal, rhombohedral, orthorhombic, and nonpolar cubic regions coexist. This nanoscale polar landscape sustains a large electric field–induced polarization while strongly suppressing remanence and hysteresis, enabling an ultrahigh breakdown strength of 74.2 kilovolts per millimeter. As a result, the optimized ceramic delivers a recoverable energy density of 17.4 joules per cubic centimeter with 88% efficiency, together with excellent stability across different operation conditions. In particular, the fatigue endurance remains up to 10 8 charge-discharge cycles under high electric fields. These results identify atomically chemical heterogeneity as a powerful and general design principle for high-reliability dielectric ceramics combining ultrahigh energy density with high efficiency.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
rjx发布了新的文献求助10
2秒前
伯赏满天发布了新的文献求助10
2秒前
2秒前
3秒前
zzy完成签到,获得积分10
3秒前
4秒前
小yang发布了新的文献求助10
4秒前
4秒前
yan完成签到,获得积分10
4秒前
小朋完成签到,获得积分10
4秒前
所所应助dearkay采纳,获得10
5秒前
yoqalux发布了新的文献求助10
6秒前
TT完成签到,获得积分10
6秒前
烽火中的狼完成签到,获得积分10
7秒前
hrs发布了新的文献求助10
8秒前
Nuyoahl完成签到 ,获得积分10
8秒前
Gins完成签到,获得积分10
9秒前
JiangShang完成签到,获得积分10
9秒前
科研通AI6.3应助mannich采纳,获得10
10秒前
Orange应助mannich采纳,获得10
10秒前
852应助123采纳,获得10
11秒前
Ankh完成签到,获得积分10
11秒前
rjx完成签到,获得积分10
13秒前
美满的灵安完成签到,获得积分10
14秒前
CQ完成签到 ,获得积分10
15秒前
OVOV完成签到,获得积分10
15秒前
zhangyapeng完成签到,获得积分10
18秒前
虎虎虎完成签到,获得积分10
18秒前
yoqalux发布了新的文献求助10
18秒前
K2C完成签到,获得积分10
19秒前
花开富贵发布了新的文献求助10
21秒前
是小妤呀发布了新的文献求助20
21秒前
22秒前
cauchyhh完成签到 ,获得积分10
23秒前
man完成签到,获得积分10
23秒前
徐丹枫完成签到 ,获得积分10
24秒前
24秒前
123完成签到,获得积分10
25秒前
25秒前
25秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Health Psychology 800
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
Electric machines: theory, operating applications, and controls 500
The Analytical and Numerical Solution of Electric and Magnetic Fields 500
When Is Two-Stage Sample Robust Optimization Asymptotically Optimal? 500
Discerning Saints: Moralization of Intrinsic Motivation and Selective Prosociality at Work 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7593030
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9170261
关于积分的说明 19627864
捐赠科研通 7170885
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3267554
关于科研通互助平台的介绍 2432418
邀请新用户注册赠送积分活动 2260128