基于介電薄膜的電容器具有超高的功率密度，在電子工業中是重要的儲能元器件。但其能量密度較低，阻礙了介電薄膜電容器的大規模應用和電子工業的發展。
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近日，清華大學的南策文院士和林元華教授（共同通訊作者）等通過修飾多晶固溶體薄膜中的納米電疇，實現了超高能量密度的介電薄膜電容器。
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在相場模擬的指導下，作者設計并合成了不含鉛的BiFeO3-BaTiO3-SrTiO3固溶體薄膜，在立方相基體中實現了立方相和四方相的共存。
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該工作在高的極化強度下將電滯降至最小，其能量密度和能量轉化效率分別高達112 J/cm3和80%。
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通過電疇工程提高介電材料能量密度的策略有望用于高性能介電材料及其他功能材料。
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該工作以“Ultrahigh–energy density lead-free dielectric films via polymorphic nanodomain design”為標題發表在國際頂刊Science上。
圖一、三相納米疇變能量勢壘大幅度降低，因而能顯著降低遲滯，提高效率
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圖二、三相固溶中菱方－四方共存，而且疇尺度降低，極化無序度提高
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圖四、擊穿強度與漏電流
Ultrahigh–energy density lead-free dielectric films via polymorphic nanodomain design（Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aaw8109）
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