近日，廣西大學資源環境與材料學院團隊在氧化鋁增強復合電介質儲能陶瓷領域取得新進展。相關研究成果于以“Ordering-Structured Antiferroelectric Composite Ceramics for Energy Storage Applications”為題發表在Advanced Materials上。廣西大學資源環境與材料學院教授羅能能、物理科學與工程技術學院博士研究生何霞鳳為論文的第一作者和通訊作者，北京理工大學教授黃厚兵和澳大利亞伍倫貢大學教授張樹君為共同通訊作者。合作單位還包括清華大學、哈爾濱工業大學、香港理工大學、湘潭大學。
隨著電子技術與設備的快速發展，脈沖功率型電介質電容器迫切要求向小型化和集成化方向發展，這也給電介質儲能材料的儲能密度提出了更高的要求。反鐵電材料具有雙電滯回線、高極化強度和幾乎為零的剩余極化強度等特點，是電介質電容器應用中極具前景的電介質材料之一。然而，大多數反鐵電材料的擊穿強度都不高，導致其儲能密度有限。
針對上述問題，受自然界天然珍珠層結構啟發，該團隊創新性地提出一種構建類似有序珍珠層狀結構提高擊穿強度和儲能密度的策略，即在反鐵電陶瓷基體中引入具有高擊穿強度的Al2O3片狀模板，并通過流延技術使Al2O3片有序平行排列，從而構建了“序構化”的反鐵電復合陶瓷。研究發現，平行排列的Al2O3片狀模板有效阻礙了電荷遷移以及電樹擊穿路徑的發展，將復合陶瓷的擊穿強度提高了1.5倍。這種獨特的顯微結構使陶瓷的儲能密度高達13.2 J/cm3，遠優于常規結構的陶瓷的儲能密度。該研究為面向儲能電容器應用的高性能電介質陶瓷的設計提供了一種創新方法。
廣西具有豐富的鋁資源，實現鋁的高值化利用是一個重要研究方向。該研究使用氧化鋁作為增強相大幅提升了電介質材料的儲能密度，有望拓寬氧化鋁在高端儲能電容器中的應用，為廣西鋁資源的高值化應用開辟了新的途徑。
據悉，該研究得到了國家自然科學基金、廣西杰出青年基金、廣西八桂青年人才培養計劃等項目的支持。此外，國家和自治區的重點實驗室平臺也為該研究的順利進行提供了技術與資源保障。
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