基于介電薄膜的電容器具有超高的功率密度，在電子工業(yè)中是重要的儲(chǔ)能元器件。但其能量密度較低，阻礙了介電薄膜電容器的大規(guī)模應(yīng)用和電子工業(yè)的發(fā)展。
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近日，清華大學(xué)的南策文院士和林元華教授（共同通訊作者）等通過修飾多晶固溶體薄膜中的納米電疇，實(shí)現(xiàn)了超高能量密度的介電薄膜電容器。
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在相場(chǎng)模擬的指導(dǎo)下，作者設(shè)計(jì)并合成了不含鉛的BiFeO3-BaTiO3-SrTiO3固溶體薄膜，在立方相基體中實(shí)現(xiàn)了立方相和四方相的共存。
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該工作在高的極化強(qiáng)度下將電滯降至最小，其能量密度和能量轉(zhuǎn)化效率分別高達(dá)112 J/cm3和80%。
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通過電疇工程提高介電材料能量密度的策略有望用于高性能介電材料及其他功能材料。
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該工作以“Ultrahigh–energy density lead-free dielectric films via polymorphic nanodomain design”為標(biāo)題發(fā)表在國(guó)際頂刊Science上。
圖一、三相納米疇變能量勢(shì)壘大幅度降低，因而能顯著降低遲滯，提高效率
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圖二、三相固溶中菱方－四方共存，而且疇尺度降低，極化無序度提高
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圖三、介電常數(shù)和電滯回線、儲(chǔ)能密度
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圖四、擊穿強(qiáng)度與漏電流
Ultrahigh–energy density lead-free dielectric films via polymorphic nanodomain design（Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aaw8109）
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