近日，孙文红教授领导的光电材料与器件研究团队在无铅铁电薄膜材料方面的研究取得进展，论文以“Evaluation of energy storage performance of ferroelectric materials by equivalent circuit model”为题被顶级陶瓷期刊《Ceramics International》杂志接收发表。

介质电容器具有储能密度大、磁滞损耗小、温度依赖性低、温度适应性强等优点，在电子器件的高温应用中显示出巨大的优势。在这项工作中，我们使用溶胶-凝胶法在Pt（111）/TiO_X/SiO₂/Si（100）衬底上制备了Cu_X（Ba_0.88Ca_0.12）_1-X（Zr_0.12Ti_0.88）O₃（X=0.1）无铅弛豫铁电薄膜电容器，得到了很大的储能密度（W∼ 28.776 J/cm³）和超高效率(η ∼87.36%)，并且在30～400℃范围内，材料的介电常数和介电损耗变化不大。

以往的研究大多是通过P-E loop来分析铁电材料的储能性能。本文结合P-E loop、I-E曲线和拉曼光谱拟合，分析了铁电材料的储能性能，提出了一种等效电路模型（将铁电材料的I-E曲线视为等效电容（C）的等效电路），等效电阻（R）和极化电荷（Ip（t））并联，即I（t）=（V（t）/R+KC+Ip（t））。揭示了铁电材料介电损耗低、温度不敏感的原因。结果表明，斜率的稳定性（K）与铁电材料储能性能的稳定性呈正相关，为评价铁电材料的储能性能提供了新的依据。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.04.060

论文作者：张亚龙（硕士生），淡辉羽（硕士生），陈捷（硕士生），Mudassar Maraj（博士后），韦文旺（博士生），彭彪林（通信作者），孙文红（通信作者）。