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【科研成果】祝贺铁电新能源材料与器件创新团队在AFM发表高水平成果:微纳工程设计助力高熵陶瓷电容器实现高性能储能
发布时间:2025-07-25


多层陶瓷电容器(MLCC)作为脉冲功率器件的核心部件,广泛应用于新能源汽车、微波通信、先进医疗设备等各个领域。相比于电池等传统储能器件,MLCC的储能过程不涉及化学反应,而是通过在外电场的作用下操纵电荷位移来实现的。这种机制使MLCC拥有超高的功率密度和极快的充放电速率。然而,受限于基体陶瓷材料固有的剩余极化大、击穿电场强度低等问题,大多数MLCC的能量密度和储能效率较低,难以满足现代电气设备小型化、轻量化和集成化的要求。

近日,内蒙古科技大学铁电新能源材料与器件创新团队提出了一种基于高熵设计理念的纳微工程。首先将Sr2+La3+离子逐步引入钛酸铋钠(NBT)陶瓷中,构建了由四方相和菱方相共存的中熵基体组分,称之为连续极性相(CPP。随后,继续在基体中引入Bi(Mg2/3Nb1/3)O3BMN),使晶格产生畸变,将系统从初始的中熵状态调制为高熵状态。无序性的增强破坏了原有的CPP,使其重组成一种在纳米尺度上呈现不同极化的结构,称为离散型纳米极性相(DNPP。这种新的极性结构具有高动态的特点,对外部电场变化的响应速度极快。同时,因其电势分布均匀,也使得击穿电场强度大幅提升。这种高熵策略带来的协同效应全面提升了材料的储能性能,所制备的MLCC1160 kV/cm的电场下获得了15.6 J/cm3的超高储能密度和90.2%的能量储存效率,验证了所提出的纳微工程的可行性。



该研究成果以“Nano-micro engineering modulating high-entropy multilayer ceramic capacitor for high-performance energy storage”为题发表于《Advanced Functional Materials》上。论文的第一单位是内蒙古科技大学,第一作者为内蒙古科技大学武建华博士,通讯作者为内蒙古科技大学李雍教授和郝喜红教授、中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家实验室刘嘉琦老师、海南大学祁核教授。该研究工作得到了国家自然科学基金、内蒙古自治区自然科学基金等项目的资助。

论文链接:https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202514008