一种快速加热冷却技术让普通陶瓷材料变身高效储能高手

介电电容器因其高功率密度和快速充放电速度，在储能系统中不可或缺。然而，如何在提高储能密度的同时保证良好的热稳定性，一直是该领域的一大挑战。本研究开发了一种闪速退火工艺，其加热和冷却速率高达每秒1000°C。这种超快的速率能在短短1秒内促使锆酸铅（PbZrO3）薄膜快速结晶，并将其高温下的微观结构“锁定”在室温。通过该工艺制备的薄膜结构致密，亚晶界比例达到36%，形成了几纳米尺寸的纳米畴，且铅挥发极少。这些特性使得所制备的弛豫反铁电薄膜具有高击穿强度（4800千伏/厘米）和大极化强度（70微库仑/平方厘米）。因此，该薄膜实现了63.5焦耳/立方厘米的高储能密度，并表现出优异的热稳定性——在高达250°C的温度下，性能衰减仍小于3%。此外，该方法还可扩展应用于其他铁电材料（如锆钛酸铅Pb(Zr0.52Ti0.48)O3），并能实现晶圆级制备，为片上非线性介电储能提供了具有工业规模化潜力的解决方案。