电动汽车瞬间加速、大功率激光武器瞬时发射、电网突发波动时快速调峰，这些场景都离不开一种关键元器件—多层陶瓷电容器。而决定电容器性能的“心脏”，正是其中的电介质陶瓷材料。它就像一个超级“蓄水池”，能在极短时间内储存并释放巨大电能。然而，这种电介质陶瓷材料一直面临一个棘手的矛盾：高耐压性和高极化率难以兼得。

近日，聊城大学材料科学与工程学院副教授李朋、教授李伟团队联合澳大利亚沃隆港大学教授程振祥、同济大学教授翟继卫等合作者，在《自然—通讯》上发表了一项突破性研究成果。他们提出了一种“高熵”设计策略，成功从材料源头破解了这一难题。

通过调控电介质陶瓷材料的熵值，使陶瓷电容器存储更多电能聊城大学供图

所谓“高熵”，通俗地说就是在陶瓷材料中混入多种不同元素，让原子排列足够“混乱”。

这种“混乱”带来了三重优势。第一，它把材料的电子能带“压扁”了，相当于给载流子的移动设置了重重障碍，漏电流大幅降低，材料的耐压能力显著提升。第二，不同元素在烧结过程中扩散速度不同，自然形成了类似“鸡蛋”的核壳结构。这种核壳结构就像一道道“防波堤”，能阻止电击穿像“树杈”一样不断蔓延。第三，这种设计还在材料内部稳定了多种不同结构的极性相，让电极化方向可以灵活转动，在高压下能够实现高饱和极化，并有效抑制剩余极化。

“这三重效应协同作用，相当于同时加高了‘蓄水池’的堤坝、加固了坝体、还优化了水流通道，让电介质陶瓷材料能同时实现高击穿电场和高极化率。”论文通讯作者李朋向《中国科学报》解释道。

高熵电介质陶瓷的耐压强度达到865千伏每厘米，能量密度高达10.23 焦耳每立方厘米，储能效率为85.44%。经过10万次充放电循环后，性能衰减不足5%；在100摄氏度高温下依然保持稳定。

随着AI算力爆发和新能源汽车普及，全球多层陶瓷电容器市场需求持续攀升。然而，高端产品长期被日韩企业垄断。该研究成果从电介质陶瓷材料这一核心源头实现突破，为国产高性能多层陶瓷电容器“换道超车”提供了重要技术支撑。

“我们开发的是一种无铅环保材料，不仅在材料性能上实现了跨越，也为下一代高功率脉冲系统、航空航天飞行器和新能源汽车快充快放等应用提供了新的可能。”李朋说。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41467-026-71892-0