科研成果

近日，刘岗老师课题组在铁酸铋基弛豫铁电体陶瓷研究方向上取得了新进展。相关成果以“Energy storage properties of bismuth ferrite based ternary relaxor ferroelectric ceramics through a viscous polymer process”为题又一次发表在国际知名期刊《Chemical Engineering Journal》。西南大学为该成果的第一完成单位，浙江大学和西安交通大学为共同完成单位；论文的第一作者和第一通讯作者为刘岗老师，第二作者为在读研究生唐明阳。

介电陶瓷通常具有很高的功率密度（> 10⁷W/cm³）,在各类脉冲电源、激光、电磁武器、雷达等方面有着重要的应用，然而目前介电陶瓷的能量密度十分有限，提高介电陶瓷储能性能受到广泛的研究。铁酸铋（BiFeO₃）因为非常大的极化能力（P_max ~ 100μC/cm²）而展示出了巨大的储能潜力，但是其本身大的漏电流导致击穿电场（DBS）极低，并且BiFeO₃是一种非常强的铁电体，可释放能量十分有限。而利用掺杂形成多元弛豫铁电体陶瓷是当前有效提高BiFeO₃陶瓷储能密度和效率的重要手段。本研究即利用上述策略并结合工艺优化的方式，来制备高储能密度BiFeO₃基陶瓷介质。

研究结果表明，三元陶瓷BF-BT-SBT展示出弛豫铁电体特征；特别是15SBT陶瓷组分呈现优异的极化能力和高的DBS（180kV/cm）。此外，通过陶瓷制备工艺的改进，即结合粘性聚合物加工方法所获得的15SBT陶瓷其DBS高至330kV/cm， 最大极化50μC/cm²，能量密度最终达到了4.95J/cm³，这对铁酸铋基陶瓷来说是一个较大突破。同时，本研究还通过COMSOL有限元软件分析了晶粒尺寸、第二相等因素带来的影响，模拟结果表明晶粒细化后其电场分布更加均匀，是提高陶瓷耐电压强度的重要因素之一。

该项研究工作得到了国家自然科学基金面上项目、中央高校基本业务费重点项目和重庆市基础科学与前沿技术研究项目资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894720336779