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 Energy Materials》（IF：26）上发表了题为“High Entropy-Driven Large Capacitive Energy Storage in BaTiO₃-Based Multilayer Ceramic Capacitors”的研究论文，并被选为当期Front Cover（前封面）。我校李达博士后，杨海波教授，湖北大学郭金明教授和南京航空航天大学王婧教授为共同通讯作者，陕西科技大学材料学院博士生郑秉龙，电智学院袁启斌副教授和材料学院林营教授为共同第一作者，陕西科技大学为第一通讯单位。

随着5G基站、航天器载荷等高频高功率电子系统的快速发展，对多层陶瓷电容器（MLCCs）提出了更高的性能要求，尤其是在体积功率密度、储能效率与热稳定性方面。传统铁电陶瓷材料如BaTiO₃虽具备较高极化强度，但其畴翻转滞后损耗大、击穿场强有限，导致实际储能密度远低于理论值。

图1、相场模拟熵驱动的微观畴结构演化

为突破上述瓶颈，研究者们尝试通过构建纳米畴结构、优化化学组成、设计核壳结构、调控电场均一性等手段提升储能性能。然而，这些方法在提升最大极化（P_max）与击穿场强（E_b）的同时，往往难以兼顾低剩余极化（P_r）与高储能效率（η），且热稳定性仍不理想。针对上述问题，陕西科技大学材料科学与工程学院杨海波教授团队以BaTiO₃为基体，采用相场模拟指导高熵设计策略，选取Na⁺、Sr²⁺、Ca²⁺、Bi³⁺作为A位掺杂离子，选取Zn²⁺、Zr⁴⁺、Ta⁵⁺、Nb⁵⁺作为B位掺杂离子。通过固相烧结工艺，最终制备出具有梯度构型熵的BaTiO3基高熵陶瓷体系，如图1所示。利用原子级高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）进行表征，结果发现A/B位多元素共占位现象诱导产生了显著的晶格畸变，有效促成了T-R-C多相共存的局域极化构型，如图2所示。而这种特殊的微观结构能够有效降低材料的极化各向异性与电畴翻转势垒，为后续储能性能的优化奠定了关键的结构基础。在此基础上，研究团队利用构型熵值为2.13R的高熵陶瓷粉体制备出具有优良的烧结质量和微观结构的MLCCs原型器件。在1065 kV·cm^-1的高电场强度下，2.13R-MLCCs展现出了优异的综合储能性能（W_rec ~ 17.2 J·cm^-3，η ~ 95.5%），且在宽温区与长循环条件下性能稳定，如图3所示。该研究系统揭示了构型熵与极化构型、储能性能之间的内在联系，为高性能MLCCs的设计与产业化提供了新思路和技术路径。

图2、2.13R高熵陶瓷局域结构解析

图3、2.13R-MLCCs在不同测试条件下（电场、温度和循环次数）的储能特性

原文链接：

https://doi.org/10.1002/aenm.202504126

（核稿：伍媛婷 编辑：赵诚）