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威尼斯app朱静和李敬锋联合课题组在反铁电材料基础研究方面取得新进展

2019年5月31日(北京时间),朱静教授的研究小组和李景峰教授的研究小组联合发表了题为《反铁电序参量与具有高储能密度的钽掺杂铌酸银》(反铁电序和钽掺杂)的美国物理学会应用物理学报。用于AgNbO3的覆盖物具有更高的储能密度。 Journal of Applied Physics,125,20, 204103(2019))。本文将材料的储能性能与反铁电的现象学模型,特别是反铁电阶次参数相结合。在此基础上,提出了新型反铁电储能材料的设计思路。深入研究反铁电材料的性能和物理机制具有重要的指导意义。 尽管反铁电材料也是铁族材料的一大类,并且已广泛用于静电能量存储领域,但与已经广泛研究和应用的铁电和铁磁材料相比,它们受到反铁电材料的影响。自身结构的复杂性,人们对反铁电材料的研究远未彻底和全面。例如,在上个世纪中叶,铁电材料的现象学理论已基本完善,但研究人员直到2016年才建立合理的反铁电现象学模型,未能给出实验结果,尤其是定量的显式表达复杂氧化物系统的原子级电子显微镜图像分析限制了该模型的应用前景。另一方面,研究人员经常通过元素掺杂来提高反铁电材料的储能性能。例如,在掺杂15mol%的钇之后,柠檬酸银的储存密度可以从2.1J/cm3增加到4.2。焦耳/立方厘米。如果我们能够从现象学理论中找出其表现的决定因素,我们将能够显着推动该领域的发展。 鉴于上述传统反铁电现象学理论的局限性,基于原子级实验的结果,反铁电有序参数的定义扩展到以柠檬酸银为代表的复合氧化物系统。获得了纯柠檬酸银和锶掺杂的柠檬酸银的降低的反铁电参数。发现掺杂系统的反铁电有序参数的减少没有增加,但略有下降。在现象学理论的框架下,作者证明了反铁电有序参数的增加和顺电相介电常数的降低可以有效地提高储能密度。掺杂钇元素后储存能量密度增加的主要原因是掺杂后高温顺电相的介电常数显着降低。随后,作者进一步完善了设计高性能静电储能材料的设计思路,以实现材料反铁电 - 铁电相变临界场强的显着增加,从而提高了材料的储能密度。 这部分工作发表在由美国物理学会主办的JAP出版物上,并被编辑部门认为是该出版物中最好的文章之一。作为特色文章,它被放置在JAP主页的显着位置。以下是编辑部门对文章作者朱静的电子邮件内容的一部分。 “编辑认为你的文章是期刊中最好的文章之一,并选择将其作为特色文章进行宣传。一旦发表,你的论文将在期刊的主页上突出显示,并将在文章标题旁边标有一个图标。 “。 论文的第一作者是李根,他是2014年威尼斯app的博士生,导师是朱静教授。该研究工作得到了国家自然科学基金,国家自然科学基金创新中心,国家973计划和国家重点研究发展计划的支持。 论文链接:https://doi.org/10.1063/1.5090444。

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图1 JAP官方网站主页报道此工作

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图2.(a)在轴下的Pbcm结构柠檬酸银的[110] c衍射图案;

(b)[110] c轴下Pbcm结构柠檬酸银的衍射图实验图;

(c)在[110] c带轴下的Pbcm结构柠檬酸银的HAADF图像。

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图3.(a)钇掺杂柠檬酸银的HAADF图像及其傅里叶变换; (b)是图3(a)中黄色区域的放大视图;

(c)是图2(c)中橙色区域的放大图,表明钇掺杂后(11( - )0)C原子面的波动程度降低

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图4.纯柠檬酸银和锶掺杂柠檬酸银的反铁电参数频率分布的直方图和高斯拟合,

每个频率分布直方图包含32个间隔,并且可以看出掺杂系统的减少的反铁电有序参数略微减小。

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