【儀表網 儀表研發】鐵電陶瓷具有儲能密度高、放電速度快、貯存性能穩定等特點，在近代科學和高新技術領域中具有重要應用。傳統鐵電材料中鈣鈦礦結構的鋯鈦酸鉛(簡稱PZT)系列是應用面廣的鐵電材料，也是目前上公認的、實現能量存儲和爆電換能的理想材料。但是，隨著新技術對高性能鐵電材料需求的增加和環境友好型社會的發展，探索新型無鉛鐵電材料體系變得越來越迫切。
 

　　近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員董顯林和王根水帶領的研究團隊發現了一種新型、高性能、無鉛鐵電材料(Ag0.935K0.065)NbO3(AKN)，該材料比目前所用的含鉛鐵電陶瓷具有更高的能量存儲密度和更好的溫度穩定性，可用于能量存儲和爆電換能。該項工作提供了一種環境友好的鐵電陶瓷材料，相關研究成果發表在Science Advances上，論文第一作者為中科院上海硅酸鹽所與澳大利亞國立大學聯合培養博士生劉振，王根水和劉蕓為文章共同通訊作者，上海硅酸鹽所為論文第一單位。
 

　　鐵電陶瓷，主晶相為鐵電體的陶瓷材料。常見的鐵電陶瓷多屬鈣鈦礦型結構，如鈦酸鋇陶瓷及其固溶體，也有鎢青銅型、含鉍層狀化合物和燒綠石型等結構。鐵電陶瓷配方的確定原則：先移后展，有所側重；單獨考慮，綜合調整。
 

　　新材料的設計采用AgNbO3(AN)作為反鐵電相，KNbO3(KN)作為鐵電相構筑鐵電——反鐵電相界，通過改變鐵電相KN的含量實現AKN鐵電陶瓷性能和相變壓力的調控。與傳統PZT系列鐵電陶瓷相比，AKN鐵電陶瓷具有更優異的儲能密度和溫度穩定性，使其在能量存儲和爆電換能應用中具有更優異的綜合性能。通過與澳大利亞國立大學教授劉蕓團隊和美國賓夕法尼亞州立大學教授陳龍慶團隊合作，結合透射電鏡分析、壓力條件下原位中子衍射分析和唯象理論計算，揭示了AKN鐵電陶瓷爆電換能行為的物理機制為壓力誘導的氧八面體旋轉從a-a-c+型轉變為a-a-c-/a-a-c+型，這與壓力誘導的、不可逆的鐵電-反鐵電相變有關。
 

　　某些電介質可自發極化，在外電場作用下自發極化能重新取向的現象稱鐵電效應。具有這種性能的陶瓷稱鐵電陶瓷。鐵電陶瓷具有電滯回線和居里溫度。在居里溫度點，晶體由鐵電相轉變為非鐵電相，其電學、光學、彈性和熱學等性質均出現反常現象，如介電常數出現極大值。1941年美國首先制成介電常數高達1100的鈦酸鋇鐵電陶瓷。
 

　　資料來源：百科、上海硅酸鹽研究所