中國粉體網(wǎng)訊 脈沖功率技術(shù)可以在極短的時(shí)間內(nèi)釋放兆瓦級(jí)功率的電能量，在國家安全和國民經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用,。脈沖電容器是脈沖功率技術(shù)的關(guān)鍵儲(chǔ)能部件,，它的性能表現(xiàn)對(duì)脈沖功率裝置的輕量化和小型化至關(guān)重要。PbZrO3基反鐵電陶瓷具有儲(chǔ)能密度高,、放電速度快和放電電流大等優(yōu)勢(shì),，是新一代高性能脈沖電容器的重要候選材料。然而,，目前對(duì)該材料體系的研究主要聚焦在提高儲(chǔ)能密度和儲(chǔ)能效率上,，反鐵電陶瓷在實(shí)際服役過程中的溫度穩(wěn)定性研究甚少，導(dǎo)致高儲(chǔ)能密度和儲(chǔ)能效率的反鐵電陶瓷往往因?yàn)闇囟确�(wěn)定性差而無法滿足實(shí)際應(yīng)用要求,。
針對(duì)這一問題,，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所許鈁鈁研究員帶領(lǐng)的材料透射電鏡顯微結(jié)構(gòu)表征團(tuán)隊(duì)和王根水研究員帶領(lǐng)的鐵電陶瓷材料與器件研究團(tuán)隊(duì)深入合作，綜合利用原位變溫透射電鏡技術(shù)和電學(xué)性能表征等手段對(duì)傳統(tǒng)(Pb0.97La0.02)(Zr0.50Sn0.50)O3（PLZS）反鐵電陶瓷開展了溫致相變儲(chǔ)能及其結(jié)構(gòu)演變的微觀機(jī)制研究,。研究發(fā)現(xiàn),，PLZS反鐵電陶瓷從-177 °C到350 °C的相變過程表現(xiàn)為反鐵電相—多胞順電相—簡單順電相的系列轉(zhuǎn)變，并首先在反鐵電溫區(qū)范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)由多個(gè)等周期臺(tái)階組成的多晶型轉(zhuǎn)變,，這一現(xiàn)象在凝聚態(tài)物理領(lǐng)域被稱為“魔梯（devil’s staircase）”,，即調(diào)制結(jié)構(gòu)的調(diào)制周期隨溫度呈現(xiàn)臺(tái)階式變化。深入的結(jié)構(gòu)分析表明魔梯現(xiàn)象起源于材料中鐵電序構(gòu)和反鐵電序構(gòu)的相互競爭,。并且,，將這種相互競爭作用解耦成基本結(jié)構(gòu)函數(shù)s(r)和調(diào)制結(jié)構(gòu)函數(shù)f(r)，就可以實(shí)現(xiàn)魔梯各臺(tái)階中極化序構(gòu)sm(r)的定量描述,，即sm(r) = s(r)+f(r) [s(r) = k,，f(r) = Asin(2πqr+φ)]。由于魔梯各臺(tái)階中存在大量等周期的極化序構(gòu)轉(zhuǎn)變,，具有“魔梯”結(jié)構(gòu)就可以延緩性能隨溫度的改變,，從而實(shí)現(xiàn)溫度穩(wěn)定性與儲(chǔ)能特性的協(xié)同優(yōu)化，使得PLZS陶瓷在-55~85 °C工作溫度范圍內(nèi)儲(chǔ)能密度在8.0~6.5 J/cm3間變化,，變化率小于15%,，儲(chǔ)能效率均高于83%（工作電場310 kV/cm），展現(xiàn)出良好的溫度穩(wěn)定性,，達(dá)到X5R電容器的溫度穩(wěn)定性要求,。
相關(guān)研究結(jié)果以“Discovery of electric devil’s staircase in perovskite antiferroelectric”為題發(fā)表在Science Advances（DOI：10.1126/sciadv.abl9088）。論文第一作者為上海硅酸鹽所在讀博士生李珍勤和傅正錢副研究員,，論文通訊作者為傅正錢副研究員,、陳學(xué)鋒研究員和許鈁鈁研究員，澳大利亞臥龍崗大學(xué)的張樹君教授參與了該項(xiàng)工作,，華東師范大學(xué)的段純剛教授給予了有益的討論和建議,。
該項(xiàng)工作得到了國家自然科學(xué)基金,、上海市科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃和上海無機(jī)材料測試與表征技術(shù)平臺(tái)等項(xiàng)目的資助和支持。
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https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abl9088
PLZS反鐵電陶瓷的溫致相變過程
調(diào)制結(jié)構(gòu)的臺(tái)階式轉(zhuǎn)變行為
魔梯對(duì)儲(chǔ)能性能的積極作用
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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