近日，齐鲁工业大学beat365正版唯一官网欧阳俊教授与北京理工大学苏煜教授合作，在国际知名期刊《Energy Storage Materials》（中科院一区TOP期刊，影响因子16.28）上发表题为“Achieving an Ultra-high Capacitive Energy Density in Ferroelectric Films Consisting of Superfine Columnar Nanograins”的最新研究成果。山东大学材料学院博士生赵玉垚为论文第一作者，欧阳俊教授、苏煜教授为共同通讯作者，beat365正版唯一官网为第二单位及第一通讯单位。
该工作在单晶Si（100）基底上低温（300℃-500℃）原位溅射制备钛酸钡铁电薄膜，通过使用易结晶的导电镍酸镧缓冲层，诱导钛酸钡铁电薄膜生长为（001）取向的纳米柱状晶结构，通过镀膜温度调控晶粒大小，通过低温生长产生的压缩应变提高其最大极化强度，最终达到了改善极化数值（降低剩余极化，提高最大极化），延缓极化饱和和增大击穿电场的三重效果，该结构有效地提高了钛酸钡铁电薄膜的储能特性。从200nm到1.2微米厚度的钛酸钡薄膜中，展现了135±10J/cm3的储能密度以及80%±4%的储能效率，这些储能表现具有优异的温度和循环稳定性，文章并用相场模拟计算对纳米柱状晶储能的想法进行了佐证。
图1：(a) 大晶粒铁电回线及储能；(b) 小晶粒铁电回线及储能；(c) 大晶粒/小晶粒的极化分布； (d) 相场模拟对小晶粒钛酸钡的极化模拟；(e) 相场模拟大晶粒/小晶粒的铁电回线。
图2：(a) 350℃/200nm钛酸钡薄膜的铁电回线；(b) 350℃/200nm钛酸钡薄膜储能密度/效率与电场的关系；(c) 充放电测试电路图；(d) 350℃/1200nm钛酸钡薄膜充放电性能； (e) 350℃/200nm ，350℃/1200nm钛酸钡薄膜介电频谱；(f) 350℃/200nm ，350℃/1200nm钛酸钡薄膜漏电特性。
该项成果获得国家自然科学基金、齐鲁工业大学高端人才科研启动经费，齐鲁工业大学国际合作基金，江苏省自然科学基金，清华大学先进陶瓷与精细工艺国家重点实验室开放基金的支持。论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829721001513
