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Multifunctional BaTiO3-Based Relaxor Ferroelectrics toward Excellent Energy Storage Performance and Electrostrictive Strain Benefiting from Crossover Region.
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2020-04-29 , DOI: 10.1021/acsami.0c03677 Yanli Huang 1 , Chunlin Zhao 1 , Bo Wu 2 , Jiagang Wu 1
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2020-04-29 , DOI: 10.1021/acsami.0c03677 Yanli Huang 1 , Chunlin Zhao 1 , Bo Wu 2 , Jiagang Wu 1
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Lead-free relaxor ferroelectrics (RFEs) exhibit a broader variety of phenomena in comparison with the "canonical" lead-containing compositions, rendering them attractive for newly multifunctional materials with low-cost and eco-friendly processing. Here, guided by the characteristics of relaxor ferroelectrics, lead-free (1 - x)BaTiO3-xKNbO3 systems are conceived and optimized to construct a special crossover region, which brings multiple benefits including tiny hysteresis loss while pursuing high maximum polarization, and large electrostrictive strain with low hysteresis, targeting multifunctional applications of energy storage capacitors, and electrostrictive actuators. We obtained fine-grained 0.96BaTiO3-0.04KNbO3 ceramic with a crossover region where nanodomains and nanosized polar regions with highly dynamic coexist, achieving a large recoverable energy density of 2.03 J/cm3 (300 kV/cm) simultaneously with sky-high charge-discharge efficiency of 94.5%, where low-cost production and environmental issues are warranted. By utilizing the crossover region, superior temperature-stable energy storage capacity (without a drop from 20 to 130 °C) guarantees the practical use. Meanwhile, this strategy favors large electrostrictive strain (0.146%) with ultralow hysteresis in 0.96BT-0.04KN at 80 kV/cm, which is suitable for electrostrictive actuators. It is expected that this strategy will stimulate future studies on lead-free multifunctional RFEs toward energy storage capacitors or electrostrictive actuators with low-cost and environmental compatibility.
中文翻译：
多功能BaTiO3基弛豫铁电体具有优异的储能性能，并受益于交叉区域的电致伸缩应变。
与“规范”含铅组合物相比，无铅弛豫铁电体（RFE）表现出更广泛的现象，从而使其对低成本和环保工艺的新型多功能材料具有吸引力。在此，根据弛豫铁电体的特性，构想并优化了无铅（1-x）BaTiO3-xKNbO3系统，以构建特殊的交叉区域，这带来了多种好处，包括微小的磁滞损耗，同时追求高的最大极化和大的电致伸缩性。具有低滞后性的应变，针对储能电容器和电致伸缩执行器的多功能应用。我们获得了具有交叉区域的0.96BaTiO3-0.04KNbO3细晶粒陶瓷，其中具有高动态性的纳米域和纳米级极性区域共存，同时实现了2.03 J / cm3（300 kV / cm）的大可回收能量密度，以及高达94.5％的高空充放电效率，从而保证了低成本生产和环境问题。通过利用交叉区域，卓越的温度稳定的能量存储容量（从20降到130°C不会下降）保证了实际使用。同时，该策略有利于在80 kV / cm的0.96BT-0.04KN中具有大的磁滞应变（0.146％）和超低的磁滞，这适用于电致伸缩执行器。预计该策略将刺激未来对低成本和环境兼容的无铅多功能RFE向储能电容器或电致伸缩执行器的研究。在保证低成本生产和环境问题的地方。通过利用交叉区域，卓越的温度稳定的能量存储容量（从20降到130°C不会下降）保证了实际使用。同时，该策略有利于在80kV / cm的0.96BT-0.04KN中具有大的低磁滞性的大电致伸缩应变（0.146％），这适用于电致伸缩执行器。预计该策略将刺激未来对低成本和环境兼容的无铅多功能RFE向储能电容器或电致伸缩执行器的研究。在保证低成本生产和环境问题的地方。通过利用交叉区域，卓越的温度稳定的能量存储容量（从20降到130°C不会下降）保证了实际使用。同时，该策略有利于在80 kV / cm的0.96BT-0.04KN中具有大的磁滞应变（0.146％）和超低的磁滞，这适用于电致伸缩执行器。预计该策略将刺激未来对低成本和环境兼容的无铅多功能RFE向储能电容器或电致伸缩执行器的研究。这种策略有利于大电致伸缩应变（0.146％），在80 kV / cm的0.96BT-0.04KN中具有超低磁滞，这适用于电致伸缩执行器。预计该策略将刺激未来对低成本和环境兼容的无铅多功能RFE向储能电容器或电致伸缩执行器的研究。这种策略有利于大电致伸缩应变（0.146％），在80 kV / cm的0.96BT-0.04KN中具有超低磁滞，这适用于电致伸缩执行器。预计该策略将刺激未来对低成本和环境兼容的无铅多功能RFE向储能电容器或电致伸缩执行器的研究。
更新日期：2020-04-29
中文翻译：
多功能BaTiO3基弛豫铁电体具有优异的储能性能，并受益于交叉区域的电致伸缩应变。
与“规范”含铅组合物相比，无铅弛豫铁电体（RFE）表现出更广泛的现象，从而使其对低成本和环保工艺的新型多功能材料具有吸引力。在此，根据弛豫铁电体的特性，构想并优化了无铅（1-x）BaTiO3-xKNbO3系统，以构建特殊的交叉区域，这带来了多种好处，包括微小的磁滞损耗，同时追求高的最大极化和大的电致伸缩性。具有低滞后性的应变，针对储能电容器和电致伸缩执行器的多功能应用。我们获得了具有交叉区域的0.96BaTiO3-0.04KNbO3细晶粒陶瓷，其中具有高动态性的纳米域和纳米级极性区域共存，同时实现了2.03 J / cm3（300 kV / cm）的大可回收能量密度，以及高达94.5％的高空充放电效率，从而保证了低成本生产和环境问题。通过利用交叉区域，卓越的温度稳定的能量存储容量（从20降到130°C不会下降）保证了实际使用。同时，该策略有利于在80 kV / cm的0.96BT-0.04KN中具有大的磁滞应变（0.146％）和超低的磁滞，这适用于电致伸缩执行器。预计该策略将刺激未来对低成本和环境兼容的无铅多功能RFE向储能电容器或电致伸缩执行器的研究。在保证低成本生产和环境问题的地方。通过利用交叉区域，卓越的温度稳定的能量存储容量（从20降到130°C不会下降）保证了实际使用。同时，该策略有利于在80kV / cm的0.96BT-0.04KN中具有大的低磁滞性的大电致伸缩应变（0.146％），这适用于电致伸缩执行器。预计该策略将刺激未来对低成本和环境兼容的无铅多功能RFE向储能电容器或电致伸缩执行器的研究。在保证低成本生产和环境问题的地方。通过利用交叉区域，卓越的温度稳定的能量存储容量（从20降到130°C不会下降）保证了实际使用。同时，该策略有利于在80 kV / cm的0.96BT-0.04KN中具有大的磁滞应变（0.146％）和超低的磁滞，这适用于电致伸缩执行器。预计该策略将刺激未来对低成本和环境兼容的无铅多功能RFE向储能电容器或电致伸缩执行器的研究。这种策略有利于大电致伸缩应变（0.146％），在80 kV / cm的0.96BT-0.04KN中具有超低磁滞，这适用于电致伸缩执行器。预计该策略将刺激未来对低成本和环境兼容的无铅多功能RFE向储能电容器或电致伸缩执行器的研究。这种策略有利于大电致伸缩应变（0.146％），在80 kV / cm的0.96BT-0.04KN中具有超低磁滞，这适用于电致伸缩执行器。预计该策略将刺激未来对低成本和环境兼容的无铅多功能RFE向储能电容器或电致伸缩执行器的研究。
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