Abstract Antiferroelectric PbZrO3 (PZO) thin-films were fabricated by pulsed laser deposition (PLD) and sol-gel techniques to investigate the effect of antiferroelectric-ferroelectric (AFE-FE) phase transition on the energy storage performance. The (100)-oriented PLD thin-films have a square-double polarization-electric field (P-E) hysteresis loop with a sharp-phase transition and the (111)-oriented sol-gel thin-films have a slanted P-E loop with a diffused-phase transition. The difference in the phase transition fields between PLD and sol-gel thin-films could be attributed to their difference in crystalline orientations. In this case, the antipolar AFE phase is along the [110]-direction of the original tetragonal-cell under zero electric-field, while the antipolar AFE phase switches into the polar FE phase under a strong enough electric-field and the tetragonal-cell becomes rhombohedral with the polar direction of [111]. Due to the larger maximum polarization and slimmer P-E loop, the higher recoverable energy-storage (Ureco) of 19.4 J/cm3 and larger energy-efficiency (η) of 70.8%, are achieved in sol-gel thin-films. More importantly, this film shows excellent charge-discharge cycling endurance of both Ureco and η values after 1010 cycles and good thermal-stability under a wide operating temperature. From the viewpoint of applications, the sol-gel method is considered to be a promising approach towards producing low-cost PZO thin-films for high-efficiency energy-storage devices over a broad temperature range.

中文翻译：

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了解电场诱导相变和极化回路行为对反铁电 PbZrO3 薄膜储能性能的影响

摘要 采用脉冲激光沉积（PLD）和溶胶-凝胶技术制备反铁电PbZrO3（PZO）薄膜，研究反铁电-铁电（AFE-FE）相变对储能性能的影响。(100) 取向的 PLD 薄膜有一个方双极化电场 (PE) 磁滞回线，具有急剧的相变，而 (111) 取向的溶胶-凝胶薄膜有一个倾斜的 PE 回线，其扩散相变。PLD 和溶胶-凝胶薄膜之间相变场的差异可归因于它们的晶体取向差异。在这种情况下，反极性 AFE 相在零电场下沿着原始四方晶胞的 [110] 方向，而反极性 AFE 相在足够强的电场下切换到极性 FE 相，四方晶胞变成菱形，极性方向为 [111]。由于更大的最大极化和更细的 PE 回路，溶胶-凝胶薄膜实现了 19.4 J/cm3 的更高可回收储能 (Ureco) 和 70.8% 的更大能量效率 (η)。更重要的是，该薄膜在 1010 次循环后表现出优异的 Ureco 和 η 值的充放电循环耐久性以及在较宽的工作温度下良好的热稳定性。从应用的角度来看，溶胶-凝胶法被认为是一种有前途的方法，可以在很宽的温度范围内生产用于高效储能设备的低成本 PZO 薄膜。由于更大的最大极化和更细的 PE 回路，溶胶-凝胶薄膜实现了 19.4 J/cm3 的更高可回收储能 (Ureco) 和 70.8% 的更大能量效率 (η)。更重要的是，该薄膜在 1010 次循环后表现出优异的 Ureco 和 η 值的充放电循环耐久性以及在较宽的工作温度下良好的热稳定性。从应用的角度来看，溶胶-凝胶法被认为是一种有前途的方法，可以在很宽的温度范围内生产用于高效储能设备的低成本 PZO 薄膜。由于更大的最大极化和更细的 PE 回路，溶胶-凝胶薄膜实现了 19.4 J/cm3 的更高可回收储能 (Ureco) 和 70.8% 的更大能量效率 (η)。更重要的是，该薄膜在 1010 次循环后表现出优异的 Ureco 和 η 值的充放电循环耐久性以及在较宽的工作温度下良好的热稳定性。从应用的角度来看，溶胶-凝胶法被认为是一种有前途的方法，可以在很宽的温度范围内生产用于高效储能设备的低成本 PZO 薄膜。该薄膜在 1010 次循环后显示出优异的 Ureco 和 η 值的充放电循环耐久性以及在宽工作温度下良好的热稳定性。从应用的角度来看，溶胶-凝胶法被认为是一种有前途的方法，可以在很宽的温度范围内生产用于高效储能设备的低成本 PZO 薄膜。该薄膜在 1010 次循环后显示出优异的 Ureco 和 η 值的充放电循环耐久性以及在宽工作温度下良好的热稳定性。从应用的角度来看，溶胶-凝胶法被认为是一种有前途的方法，可以在很宽的温度范围内生产用于高效储能设备的低成本 PZO 薄膜。