2024年11月25日下午，由6774澳门永利主辦、AFMD實驗室承辦的“喻園•育芯”講壇在光電信息大樓C112會議室順利舉行。本次講壇邀請西南大學劉崗教授作報告，題為《基于相結構調控的高儲能特性Bi0.5Na0.5TiO3基馳豫鐵電高熵陶瓷的研究》。本次講壇由我院電子科學與技術系姜勝林教授主持，6774澳门永利張光祖教授、李康華副研究員以及師生代表參加了此次交流會。
講座中，劉崗教授概述了無鉛儲能陶瓷的研究背景，以及它們在現代電子技術中的重要應用前景，并介紹了課題組近期重要成果。為了獲得高儲能性能的器件，團隊選擇具有相對較高介電常數、高極化、低剩餘極化和高耐電場的BNT基弛豫鐵電陶瓷為研究對象，通過相結構調控和高熵策略，協同工藝改進優化器件性能。
劉崗教授團隊在無鉛電介質電容器材料領域取得了突破性進展。他們通過相結構調控設計，構建了BNT-NSN-SNT組分體系。在這一體系中，随着摻雜量的增加，器件的弛豫性得到了增強，耐電壓能力上升，晶粒也得到了細化。這一過程實現了相結構的有效調控，使得室溫相結構從非遍曆弛豫轉變為遍曆弛豫相，弛豫系數從1.69增加至1.80，自由能曲線變得更加平坦，極化飽和過程也得到了延緩。這些改進使得室溫儲能性能顯著提升，同時在變溫和變頻條件下的穩定性也得到了顯著提高。此外，團隊還實施了高熵策略設計，通過摻雜不同的金屬離子，形成多離子固溶體，增加了疇的無序度，形成了極性納米區域（PNRs），從而增強了儲能特性。在BNT中引入La、Nb、Sr、Ta等元素後，氧八面體局部的C1和C2拉曼峰逐漸軟化，這表明無序度的增加。這種高熵效應實現了優異的溫度穩定性，在寬溫度範圍内介電常數的變化率小于15%。同時，PNRs的存在進一步促進了弛豫化，産生了超過94%的超高儲能效率，耐電場能力大幅提升，并展現出優異的溫度和頻率穩定性。
劉崗教授團隊通過相結構調控，定制了室溫相，延緩了飽和極化；采用高熵策略，提高了混亂度，形成了PNRs，最終實現了高可回收能量密度和能量儲存效率。這些成果為高功率脈沖功率器件的小型化、輕量化與集成化提供了新的可能性，為環境友好型無鉛介電儲能陶瓷材料的開發指明了方向。
在互動交流環節，現場師生與劉崗教授深入讨論了如何表征高熵設計引起晶格畸變的問題，BNT是否屬于反鐵電體以及如何制備穩定的反鐵電體，并對如何進行高熵設計、确定适合的BNT組分和結構的深入探讨，幫助參會成員加深了對BNT基無鉛儲能陶瓷的結構特性、制備工藝及其未來發展和應用前景的認識，為我國在該領域的創新拔尖人才培育提供了強有力的支持。
報告人簡介：
劉崗，博士畢業于英國伯明翰大學，現為西南大學材料與能源學院教授，博士生導師。長期從事功能陶瓷的研究工作，包括介電、鐵電、壓電陶瓷及樹脂基陶瓷壓電複合物以及粉末材料膠态成型工藝，包括凝膠注膜、注射成型等；目前已發表SCI學術論文110餘篇，其中ESI高被引論文7篇；主持包括國家自然料學基金4項及其他項目10餘項。目前與國内國際同行建立了良好學術交流與科研合作關系，是國家自然科學基金、多個省級自然科學基金通訊評審專家；擔任重慶市矽酸鹽學會副理事；中國儀器儀表學會功能材料分會電子元器件關鍵材料與技術專業委員會委員。
