董显林、王根水课题组：铌酸银基陶瓷材料研究中取得重要进展

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铌酸银（AgNbO3）陶瓷材料具有类反铁电的双电滞回线和高的极化强度（~50 μC cm-2），从而具有较大的储能密度，在电介质储能等领域展现出较好的应用前景，近年来受到越来越多的关注。然而，AgNbO3材料自身固有的亚铁电性以及反铁电-铁电相变引起的回滞效应导致较大的能量损耗，难以同时实现高的储能密度和储能效率，成为制约该材料在储能领域应用的关键问题。
　　最近，中国科学院上海硅酸盐研究所董显林研究员和王根水研究员团队提出一种提高AgNbO3反铁电材料储能特性的新思路，实现了储能密度和储能效率的同步提升。即通过在A位引入高固溶度的La元素，将AgNbO3材料的M3-O1(亚铁电-顺电)相变温度移向室温，获得了同时具有反铁电性和线性特征的Ag0.76La0.08NbO3陶瓷材料，其在476 kV cm-3场强下储能密度高达7.01 J cm-3，储能效率为77%，综合储能性能优于绝大部分无铅储能陶瓷材料。其物理机制为较高浓度La组分的引入破坏了反铁电长程序，从而使一部分微米级反铁电畴转变为纳米级反铁电畴。Ag0.76La0.08NbO3陶瓷被证明同时具有微米级和纳米级的反铁电畴，从而具有相对高的极化强度和相对低的回滞效应。此外，Ag0.76La0.08NbO3陶瓷还表现出优异的频率稳定性和温度稳定性。相关研究成果近期以“Giant energy density and high efficiency achieved in silver niobate-based lead-free antiferroelectric ceramic capacitors via domain engineering”为题发表于能源类期刊Energy Storage Materials，34，417-426（2021）。
　　此外，团队还利用构筑铁电-反铁电相界的思路，成功研发出一种性能优异的新型无铅热释电材料(1-x)AgNbO3-xLiTaO3（AN-LT）。通过铁电相LiTaO3与AgNbO3反铁电材料固溶，在x=0.05组分获得铁电-反铁电相界，相界处的0.95AN-0.05LT陶瓷室温热释电系数为 3.68×10-8 C cm-2 K-1，达到PZT基热释电陶瓷水平。由于其具有相对介电常数低（252@1 kHz），表现出十分优异的红外探测优值，显示了其在红外探测领域较大的应用潜力。相关结果以“Significantly enhanced energy storage performance of rare-earth-modified silver niobate lead-free antiferroelectric ceramics via local chemical pressure tailoring”为题发表在Journal of Materials Chemistry C,7,1551-1560（2019）上。
　　相关研究工作得到国家自然科学基金项目（No.11774366和No.51872312），上海市自然科学基金项目（No.18ZR1444900），以及中科院青促会（No.2017296）等项目的资助。两篇文章的第一作者是上海硅酸盐所2016级直博生李松，通讯作者为聂恒昌副研究员、董显林研究员。

Ag0.76La0.08NbO3陶瓷的（a）介电温谱（b）反铁电性能（c）畴形貌和（d）储能性能

(1-x)AgNbO3-LiTaO3陶瓷（a）组分-温度相图和（b）热释电系数随温度变化曲线

　　相关文章链接：
　　1.Energy Storage Materials,34,417-426(2021).https://doi.org/10.1016/j.ensm.2020.09.021.
　　2.Journal of Materials Chemistry C,7,6,1551-1560(2019).https://doi.org/10.1039/C9TC01014A.


      文章来源：上海硅酸盐所
      董显林，男，1965年10月生，江西南康人，博士，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员，博士生导师。现任中国科学院上海硅酸盐研究所信息功能材料与器件研究中心主任，中国科学院无机功能材料与器件重点实验室主任。1986毕业于湖南大学化学化工系；1989年毕业于中国科学院合肥等离子体物理研究所凝聚态物理专业，获硕士学位；1992年毕业于中国科学院上海硅酸盐研究所无机非金属材料专业，获工学博士学位。1996年作为日本学术振兴会(JSPS)客座研究员在日本筑波大学物理工学系开展合作研究。
       王根水，男，1974年1月出生，理学博士，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员，博士生导师。1995年获得安庆师范学院化学教育专业学士学位，1998年在北京工业大学获得无机非金属材料专业硕士学位，2003年在中国科学院上海技术物理研究所获得博士学位，2003～2005年在法国国家科研中心微电子电子及纳米技术研究所（CNRS－IEMN）进行博士后研究，2006年度中国科学院“百人计划”。负责与参加国家自然科学基金、科技部863、973及上海市青年科技启明星等10多个科研项目，多年来一直从事铁电、压电、热释电材料制备及其表征研究方面的工作，在APL、JAP、JACerS等SCI期刊上发表论文100多篇，申请中国发明专利10项，授权6项。有关铁电材料生长控制、铁电物理及测试分析等方面的相关研究结果已被引用400多次。被邀请作为J. Am. Ceram. Soc. 特约编辑以及Appl. Phys. Lett. Appl. Sur. Sci. J. Am. Ceram. Soc. 等国际期刊审稿人。获得2008年度中国科学院上海硅酸盐研究所青年才俊奖。