近日，材料科学与工程学院杨海波教授团队在国际顶级期刊《Advanced Materials》（IF：26.8）上发表了题为“Large Capacitive Energy Storage in Linear-Like MLCCs with Tailored Atomic-Scale Polymorphic Polarization Fluctuations”的研究论文。陕西科技大学材料学院杨海波教授、林营教授和西安交通大学电子学院周迪教授为文章共同通讯作者，陕西科技大学材料学院博士后李达为第一作者，陕西科技大学为第一通讯单位。
便携式电子设备、电动汽车与智能电网的快速发展对介电储能器件提出了更高要求，需要同时实现大能量密度、高功率密度与优异的循环稳定性。多层陶瓷电容器（MLCC）因其体积小、充放电速度快、可靠性高等优点，成为电子信息与储能领域的关键元件。然而，传统MLCC所用介电材料的储能密度和效率相对较低，难以满足严苛应用场景的需求。
突破传统铁电材料储能限制必须实现兼具高击穿强度和低滞后损耗的类线性极化行为。针对这一问题，陕西科技大学杨海波教授团队提出通过熵工程来诱导原子级多态极化涨落，促进原子尺度的晶格紊乱，诱导出R、T共存的原子级多态极化涨落，减弱极化各向异性和畴切换势垒，实现具有低滞后的类线性极化行为。结合器件原型制备，2.0R高熵MLCC在1045 kV·cm-1高电场下实现了21.3 J·cm-3的超高可恢复能量密度，同时储能效率高达94.5%。得益于这种结构优势，该MLCC原型器件还具有出色的宽温、频率和循环稳定性，充分展示了其在介电储能领域的应用潜力。研究通过原子分辨率的STEM表征证实，2.0R陶瓷中的原子级多态极化涨落结构由若干极化离子组成，无明确畴界，这种结构可在宽温度范围内维持稳定的短程涨落，显著提升了材料的宽温稳定性。该工作揭示的熵-结构-性能关联为高性能介电电容器的设计提供了新理论框架和技术路径，通过熵工程调控原子级多态极化涨落的策略有望为高性能MLCC的开发提供通用途径。
图1 熵工程优化储能性能的技术路线
图2 0R-MLCCs在不同条件下的综合储能优势及稳定性
图3 0R-MLCCs的局域结构表征
原文链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202522382
(核稿：伍媛婷 编辑：赵诚)
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