近日，我校材料科学与工程学院三年级本科生黄金海及其大学生创新项目团队，在左如忠教授的指导下完成了国家级大学生创新项目“无铅反铁电陶瓷材料制备及其能量存储特性研究”（201810359010），取得的研究成果近期以题为“Expanded linear polarization response and excellent energy-storage properties in (Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-KNbO₃relaxor antiferroelectrics with medium permittivity”发表在国际著名学术期刊Chemical Engineering Journal上（影响因子8.355）。这是我校在本科生实践和创新能力培养方面取得的一项标志性成果。

固态介质电容器因其高功率密度和超快充放电速率而成为脉冲功率系统的核心部件，开发具有高储能密度和效率的介电材料在近年受到极大关注。左如忠教授研究团队针对固态电介质电容器中的前沿问题，进行了系统深入的研究：利用纳米畴工程对具有高自发极化强度基因的BiFeO₃基弛豫铁电体进行调控，同时获得了高储能密度和效率（Adv. Energy Mater., 2019, 10, 1903338）;在NaNbO₃反铁电体中引入弛豫特性及其纳米畴工程，有效提高反铁电-铁电相变的驱动电场及其响应特性，进而显著提高储能特性（Adv. Funct. Mater., 2019, 1903877；J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 8352-8359；J. Mater. Chem. C, 2019, 7, 15153-15161；ACS Appl. Mater. & Interfaces, 2020, 12, 19467-19475；J. Eur. Ceram. Soc., 2019, 39, 3703-3709）；通过组成调制并引入局域随机场，制备出类线性极化响应的(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃基无铅弛豫反铁电陶瓷材料，实现温度和频率稳定的高储能密度和效率（J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 3971-3978；J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 2369-2375）。

在前期工作的基础上，本科生（黄金海、高雅、张宇涵、李逸凡和王思岳）在大创项目的资助下，利用课余时间参与导师的研究课题，积极思考、团结协作，成功研发出具有优异储能特性（W~5.2 J/cm³，η~88%，放电速度t_0.9<200 ns以及良好的温度和频率稳定性）的新型(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-KNbO₃基无铅弛豫反铁电陶瓷材料。研究结果表明，调控介电响应特性，获得一个合适的中等介电常数（~1500）是充分发挥反铁电陶瓷介质储能特性的重要物理基础，这为未来设计高性能储能电介质提供有意义的技术指导。

图1 (Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-KNbO₃介质陶瓷的储能性能

图2 0.84(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-0.16KNbO₃弛豫反铁电陶瓷储能性能的温度和频率依赖性

图3 0.84(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃-0.16KNbO₃陶瓷与其它无铅陶瓷储能性能对比及其极化响应调控机理

（付健/文 祁核/图 杨玲/审核）

责任编辑：鲍丽娟