01、研究背景

传统反铁电材料如PbZrO₃虽然具备反铁电性，但其高相转变电场和功率损耗限制了应用。通过引入Sn元素，研究者们制备了Pb(Zr、Sn、Ti)O₃材料，有效降低了相转变电场，但仍存在功率损耗较高的问题。70到80年代，随着薄膜/厚膜技术的发展，反铁电材料的储能性质得到深入研究。

特别是La改性Pb(Zr、Sn、Ti)O₃材料后，增强了反铁电相，电滞回线变窄，提高了储能效率。随后，学者们尝试使用Ba、Sr、Y等元素掺杂PLZST，进一步提升了其储能效率，但整体仍在60%～75%之间。近年来，复合材料改性成为提高PLZST体系储能性质的新途径，但主要集中在使用Pb基材料，对储能效率变化及微观机理的分析较少。

02、创新亮点

（1）非Pb基复合材料

本文创新性地选择了非Pb基的Sr₀.₇Bi₀.₁TiO₂.₈₅（SBT）与PLZST进行复合，通过固相反应法制备了高储能效率的PLZST基陶瓷材料，拓展了复合改性的材料选择范围。

（2）显微结构调控

系统研究了SBT使用量对PLZST–SBT复合材料显微结构的影响，发现随着SBT含量的增加，材料内部逐渐形成四方相PLZST与立方相SBT共存的结构，有效提升了储能效率。

（3）极化响应机制

深入分析了Bi³⁺扩散进入PLZST内部形成的微纳米极性区域（PNRs）对材料极化响应机制的影响，揭示了PNRs作为主要极化响应机制提升储能效率的微观机理。

（4）工艺优化

针对x=0.3配方，通过调控保温时间有效改善了材料的微观结构均匀性，显著提高了储能密度和储能效率，实现了材料性能的优化。

03、图文展示

图2 (1-x)PLZST–xSBT样品在1 270 ℃保温2 h的 SEM图像：(a) x = 0; (b) x = 0.1; (c) x = 0.2; (d) x = 0.3; (e)x = 0.4

Fig.2 SEM images of (1-x)PLZST–xSBT composites annealed at 1270 °C for 2 h: (a) x = 0; (b) x = 0.1; (c) x = 0.2; (d) x = 0.3; (e)x = 0.4

图3 (1-x)PLZST–xSBT样品的 (a) P–E曲线和(b) I–E曲线

Fig.3 (a) P–E hysteresis loops and (b) I–E curves of (1-x)PLZST–xSBT composites

图4 不同保温时间0.7PLZST–0.3SBT样品SEM图: (a) 0.5 h; (b)1 h; (c)1.5 h; (d) 2 h

Fig. 4 SEM images of 0.7PLZST–0.3SBT composites with varying holding time: (a) 0.5 h; (b)1 h; (c)1.5 h; (d) 2 h

图5 不同保温时间0.7PLZST–0.3SBT样品 (a) P–E 曲线；(b) I–E 曲线

Fig. 5 (a) P–E hysteresis loops and (b) I–E curves of 0.7PLZST–0.3SBT composites with varying holding time

 图6 (a) 纯PLZST样品介温曲线；0.5PS3样品 (b) 介温曲线 (c) 弛豫度

Fig. 6 (a) Dielectric-temperature curve of pure PLZST ceramic; (b) dielectric-temperature curve and (c) relaxation index γ of 0.5PS3 ceramic

04、结论

本文通过固相反应法制备了(1-x)PLZST–xSBT复合材料，系统研究了SBT使用量对材料显微结构与储能效率的影响。当x=0.1和0.2时，材料内部四方相PLZST与立方相SBT共存，依靠立方相的电滞回线特性提升了储能效率；当x=0.3时，SBT内部及Bi³⁺扩散进入PLZST形成的PNRs成为主要极化响应机制，材料储能效率达到90%，但储能密度较低。通过工艺优化，适当降低保温时间后，微观结构均匀性提升，储能效率变为81%，储能密度提高至0.86 J/cm³，相较于纯PLZST样品均有显著提升。本研究为提高(Pb、La)(Zr、Sn、Ti)O₃基陶瓷材料的储能效率提供了新的思路和方法。