近日，西安交通大学前沿院教授娄晓杰课题组在提升钛酸铋钠基多层陶瓷电容器的高温储能性能方面取得新进展。团队与合作者在钛酸铋钠基弛豫铁电陶瓷的A/B位引入异价异尺寸阳离子，有效提高了材料的构型熵，进而增强了局域晶格应变的不均匀性。该策略显著抑制了载流子的迁移，从而改善了陶瓷在高温下的绝缘性能与储能性能。研究成果发表在《自然通讯》。

介电陶瓷电容器凭借其高功率密度与快速充放电特性，在电磁轨道炮、激光武器等脉冲功率系统中展现出广阔的应用前景。然而，随着电子设备不断向小型化、集成化方向推进，其较低的能量密度成为制约该类器件进一步发展的关键瓶颈。近年来，科研人员通过高熵组分设计、多态弛豫相构筑以及制备工艺优化等策略，在提升介电陶瓷电容器室温储能性能方面取得了显著进展。尽管如此，在航空航天、石油钻井等极端高温应用环境下，储能器件需在严苛条件下稳定工作，因此开发具有优异高温储能性能的介电陶瓷材料成为当前亟待突破的重要方向。

研究表明，随着构型熵的增加，极化矢量明显减小，并形成了局域多态共存的结构特征，这一变化有效延迟了极化饱和。此外，晶粒尺寸的细化、带隙的增大以及高温漏导电流的显著降低，共同促进了陶瓷击穿场强的提升。

熵调控非均匀应变在弛豫铁电多层陶瓷电容器中变化示意图。西安交通大学供图

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最终，优化后的弛豫铁电陶瓷在200℃下实现高达8焦耳/立方厘米的储能密度。以此陶瓷组分制备的多层陶瓷电容器，在-75~200℃的宽温域内，储能密度均高于11焦耳/立方厘米，并表现出优异的循环稳定性，为极端环境下的脉冲功率设备提供了可靠的材料解决方案。本研究为高性能高温介电储能陶瓷的设计提供了新思路。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-64113-7