近日，廣西大學(xué)資源環(huán)境與材料學(xué)院團(tuán)隊(duì)在氧化鋁增強(qiáng)復(fù)合電介質(zhì)儲(chǔ)能陶瓷領(lǐng)域取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果于以“Ordering-Structured Antiferroelectric Composite Ceramics for Energy Storage Applications”為題發(fā)表在Advanced Materials上。廣西大學(xué)資源環(huán)境與材料學(xué)院教授羅能能、物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)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(xué)教授黃厚兵和澳大利亞伍倫貢大學(xué)教授張樹(shù)君為共同通訊作者。合作單位還包括清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、香港理工大學(xué)、湘潭大學(xué)。

隨著電子技術(shù)與設(shè)備的快速發(fā)展，脈沖功率型電介質(zhì)電容器迫切要求向小型化和集成化方向發(fā)展，這也給電介質(zhì)儲(chǔ)能材料的儲(chǔ)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(qiáng)度和幾乎為零的剩余極化強(qiáng)度等特點(diǎn)，是電介質(zhì)電容器應(yīng)用中極具前景的電介質(zhì)材料之一。然而，大多數(shù)反鐵電材料的擊穿強(qiáng)度都不高，導(dǎo)致其儲(chǔ)能密度有限。

針對(duì)上述問(wèn)題，受自然界天然珍珠層結(jié)構(gòu)啟發(fā)，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出一種構(gòu)建類(lèi)似有序珍珠層狀結(jié)構(gòu)提高擊穿強(qiáng)度和儲(chǔ)能密度的策略，即在反鐵電陶瓷基體中引入具有高擊穿強(qiáng)度的Al2O3片狀模板，并通過(guò)流延技術(shù)使Al2O3片有序平行排列，從而構(gòu)建了“序構(gòu)化”的反鐵電復(fù)合陶瓷。研究發(fā)現(xiàn)，平行排列的Al2O3片狀模板有效阻礙了電荷遷移以及電樹(shù)擊穿路徑的發(fā)展，將復(fù)合陶瓷的擊穿強(qiáng)度提高了1.5倍。這種獨(dú)特的顯微結(jié)構(gòu)使陶瓷的儲(chǔ)能密度高達(dá)13.2 J/cm3，遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)結(jié)構(gòu)的陶瓷的儲(chǔ)能密度。該研究為面向儲(chǔ)能電容器應(yīng)用的高性能電介質(zhì)陶瓷的設(shè)計(jì)提供了一種創(chuàng)新方法。

廣西具有豐富的鋁資源，實(shí)現(xiàn)鋁的高值化利用是一個(gè)重要研究方向。該研究使用氧化鋁作為增強(qiáng)相大幅提升了電介質(zhì)材料的儲(chǔ)能密度，有望拓寬氧化鋁在高端儲(chǔ)能電容器中的應(yīng)用，為廣西鋁資源的高值化應(yīng)用開(kāi)辟了新的途徑。

據(jù)悉，該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣西杰出青年基金、廣西八桂青年人才培養(yǎng)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。此外，國(guó)家和自治區(qū)的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)也為該研究的順利進(jìn)行提供了技術(shù)與資源保障。

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