近日，西安交通大學(xué)電信學(xué)部徐卓、李飛課題組基于鈣鈦礦晶體電致伸縮效應(yīng)的各向異性特點，提出了一種新的設(shè)計思路，即通過控制晶粒取向，降低陶瓷電容器在強場下所產(chǎn)生的應(yīng)變和應(yīng)力，避免微裂紋和拉伸應(yīng)力所導(dǎo)致的陶瓷擊穿，從而提高其擊穿電場強度和儲能密度，獲得目前已知陶瓷電容器的最高值。相關(guān)成果于6月15日在線發(fā)表于《自然—材料》。

作為一種重要的儲能電子元件，陶瓷電容器具有放電功率高、溫度穩(wěn)定性好和循環(huán)壽命長等優(yōu)點，在先進電子和電力系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，特別是在脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域有著不可替代的應(yīng)用。當(dāng)前，電子器件正向小型化、輕型化方向發(fā)展，這也對陶瓷電容器的儲能密度提出了更高的要求。

研究人員介紹，為了實現(xiàn)這一想法，課題組通過近2年的技術(shù)攻關(guān)，首次合成了取向的鈦酸鍶模板，進而，利用流延—模板法成功制備了織構(gòu)度達(dá)91%的高質(zhì)量取向鈦酸鍶鉍鈉多層織構(gòu)陶瓷電容器，大幅降低了陶瓷在強場下的電致應(yīng)變，提高了擊穿電場，獲得了高達(dá)21.5 J cm-3的儲能密度，也是目前已知陶瓷電容器的最高值。

另外，該項研究提出的材料設(shè)計思路，可廣泛應(yīng)用于其他電子功能陶瓷，如基于電卡效應(yīng)的固態(tài)制冷陶瓷等，提高它們在強場條件下工作的穩(wěn)定性和可靠性。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41563-020-0704-x

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