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上海硅酸鹽所在新型鐵電陶瓷研究方面取得進(jìn)展
鐵電陶瓷具有儲(chǔ)能密度高、放電速度快、貯存性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，在近代科學(xué)和高新技術(shù)領(lǐng)域中具有重要應(yīng)用。傳統(tǒng)鐵電材料中鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鋯鈦酸鉛（簡稱PZT）系列是應(yīng)用面最廣的鐵電材料，也是目前國際上公認(rèn)的、實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能和爆電換能的理想材料。但是，隨著新技術(shù)對(duì)高性能鐵電材料需求的新增和環(huán)境友好型社會(huì)的發(fā)展，探索新型無鉛鐵電材料體系變得越來越迫切。
近日，我國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員董顯林和王根水帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)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(chǔ)密度和更好的溫度穩(wěn)定性，可用于能量存儲(chǔ)和爆電換能。該項(xiàng)工作供應(yīng)了一種環(huán)境友好的鐵電陶瓷材料，相關(guān)研究成果發(fā)表在ScienceAdvances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(xué)聯(lián)合培養(yǎng)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。
新材料的設(shè)計(jì)采用AgNbO3（AN）作為反鐵電相，KNbO3（KN）作為鐵電相構(gòu)筑鐵電——反鐵電相界，通過改變鐵電相KN的含量實(shí)現(xiàn)AKN鐵電陶瓷性能和相變壓力的調(diào)控。與傳統(tǒng)PZT系列鐵電陶瓷相比，AKN鐵電陶瓷具有更優(yōu)異的儲(chǔ)能密度和溫度穩(wěn)定性，使其在儲(chǔ)能和爆電換能應(yīng)用中具有更優(yōu)異的綜合性能。通過與澳大利亞國立大學(xué)教授劉蕓團(tuán)隊(duì)和美國賓夕法尼亞州立大學(xué)教授陳龍慶團(tuán)隊(duì)合作，結(jié)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(jì)算，揭示了AKN鐵電陶瓷爆電換能行為的物理機(jī)制為壓力誘導(dǎo)的氧八面體旋轉(zhuǎn)從a-a-c+型轉(zhuǎn)變?yōu)閍-a-c-/a-a-c+型，這與壓力誘導(dǎo)的、不可逆的鐵電-反鐵電相變有關(guān)。
以上研究工作得到國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、中科院儀器研制項(xiàng)目、中科院青促會(huì)和上海市揚(yáng)帆計(jì)劃等的資助。
AKN鐵電陶瓷的宏觀性能：（A）AKN壓力下的P-E曲線，（B）等靜壓下原位去極化曲線，（C和D）等靜壓下介電常數(shù)和介電損耗，（E）在6.9GPa沖擊壓力下的動(dòng)態(tài)放電曲線，（F）與其他鐵電材料的儲(chǔ)能密度比較。
AKN鐵電陶瓷中子衍射：（A）不同狀態(tài)的AKN鐵電陶瓷，（B）不同等靜壓下極化AKN鐵電陶瓷的原位中子衍射，（C）不同等靜壓下極化AKN鐵電陶瓷中子衍射譜中1/2（321）和1/2（341）的積分面積，（D）不同等靜壓下未極化AKN鐵電陶瓷原位中子衍射。
AKN鐵電陶瓷FE和AFE相的唯象模擬：（A）AKN組成-壓力相圖，（B）能量等值線，（C）AKN鐵電陶瓷的能量分布，（D）AKN-0.08在不同等靜壓下的P-E曲線。
