近日，西安交通大学电信学部靳立教授团队、联合合作团队创新地提出一种先进的“Weak Polarization-Strain Coupling”策略，用于降低弛豫铁电（RFE）基电介质材料中的电致应变并实现高储能、稳定性和循环寿命，相关研究成果发表于Advanced Materials上。
基于钙钛矿结构铁电体的电介质材料具有多种应用，其中，利用其高介电常数和高极化能力制成的多层陶瓷电容器（MLCC）具有超高的功率密度，在现代脉冲功率系统中具有重要的应用前景。但是，由于电介质材料中存在极化和应变之间的耦合关系，对于MLCC器件而言，介电常数和极化能力是必须的，而由于极化-应变耦合带来电致应变反而是有害的，在交变电场下，MLCC的周期性震动会产生“singing capacitors”现象，并存在器件性能衰退和失效的风险。
RFE材料由于超高的极化响应和超低的极化滞回而被广泛应用介电储能领域，其电致应变响应主要由电致伸缩效应主导，电致伸缩系数（Q33）反应了RFE材料中极化-应变耦合的强度。如果能显著降低RFE中极化-应变的耦合关系，即获得超低的Q33，便能显著降低电致伸缩应变及其对MLCC器件的不利影响。团队基于前期总结，认识到“相比于晶体中有序的离子排布，通常无序的离子排布会导致更低的电致伸缩效应”。基于此，团队在(1-x)(Bi0.5Na0.5)TiO3-xPb(Mg1/3Nb2/3)O3成功验证了“Weak Polarization-Strain Coupling”策略，通过先进的微观结构表征分析，BNT-PMN体系在A位和B位同时具有多种不同价态、不同半径的离子无序排布，在电场作用下，产生强烈的离子位移极化的同时而不至于引起剧烈的晶格拉伸，这导致获得超高的可诱导极化响应和较小的电致应变响应。
研究探讨了超弱极化-应变耦合效应在钙钛矿结构材料中的表现。揭示了这种耦合效应对材料宏观性能的影响，为理解钙钛矿材料中的电致应变行为提供了新的视角。特别是在MLCC材料领域为开发新型高性能储能器件奠定了新的理论基础。
相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202406219
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