用铁电分析仪研究铁电陶瓷

稀土掺杂铁电陶瓷因其在新型多功能光电器件中的巨大应用潜力而备受关注。采用传统的固态反应方法制备了x%molSm³⁺掺杂的BaTiO₃（BTO:xSm³⁺）陶瓷。系统地研究了Sm³⁺离子的组成相关相结构、铁电、储能和光致发光性能。随着Sm³⁺离子组成的增加，剩余极化从15.705μC/cm²（BTO:3.0%Sm³⁺）显著降低到7.132μC/cm²，但储能密度和效率显著提高，相对变化分别为79.76%和31.13%。此外，Sm³⁺掺杂导致BTO陶瓷在室温下从四方相转变为准立方相，从而导致从铁电相到顺电相的更宽的温度转变范围和更低的居里温度。特别是纯BTO和BTO:xSm³⁺陶瓷在储能性能方面表现出良好的热稳定性。此外，在408nm近紫外光激发下，BTO:xSm³⁺陶瓷在596nm附近表现出最强的橙红色发射峰，强度的相对可调谐性高达88.97%。与其他体介电陶瓷相比，铁电材料具有更高的最大极化（P_max）和击穿场强度，因此具有较高的电荷能量存储密度（W）。然而，对于铁电储能电容器，小的剩余极化（P_r）对于获得更高的放电储能密度（W_d）和效率（η）也是必要的。经典铁电材料由于其较高的P_r而具有较小的W_d和η值，这限制了其商业化^[1,2]。制备了Sm³⁺掺杂的BTO陶瓷，并利用铁电分析仪进行了系统的研究。Sm³⁺离子已被引入BTO基体，并导致从经典铁电体向弛豫铁电体的转变，晶格常数和类型发生了显著变化。所有样品都表现出典型的铁电行为，并且可以通过Sm³⁺浓度来改变。随着Sm3+浓度的增加，BTO:xSm³⁺陶瓷的P_r从15.705μC/cm²降低到7.685μC/cm²，但W_d从0.168J/cm³显著提高到0.302J/cm³，η从58.85%提高到77.17%。此外，BTO:xSm³⁺陶瓷在596nm附近显示出强烈的橙红色发射。因此，多功能BTO:xSm³⁺陶瓷在介质电容器和光电器件中显示出潜在的应用前景。

[1]Z.Wang,D.Xue,Y.Zhou,N.Wang,X.Ding,J.Sun,T.Lookman,D.Xue Enhancedenergy-storagedensitybyreversibledomainswitchinginacceptor-dopedferroelectricsPhys.Rev.Appl.,15(2021),Article034061

[2]Q.Li,G.Zhang,F.Liu,K.Han,M.R.Gadinski,C.Xiong,Q.Wang

Solutionprocessedferroelectricterpolymernanocompositeswithhighbreakdownstrengthandenergydensityutilizingboronnitridenanosheets EnergyEnviron.Sci.,8(2015),pp.922-931

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。