2024年11月25日下午，由集成电路学院主办、AFMD实验室承办的“喻园•育芯”讲坛在光电信息大楼C112会议室顺利举行。本次讲坛邀请西南大学刘岗教授作报告，题为《基于相结构调控的高储能特性Bi0.5Na0.5TiO3基驰豫铁电高熵陶瓷的研究》。本次讲坛由我院电子科学与技术系姜胜林教授主持，华中科技大学张光祖教授、李康华副研究员以及师生代表参加了此次交流会。
讲座中，刘岗教授概述了无铅储能陶瓷的研究背景，以及它们在现代电子技术中的重要应用前景，并介绍了课题组近期重要成果。为了获得高储能性能的器件，团队选择具有相对较高介电常数、高极化、低剩余极化和高耐电场的BNT基弛豫铁电陶瓷为研究对象，通过相结构调控和高熵策略，协同工艺改进优化器件性能。
刘岗教授团队在无铅电介质电容器材料领域取得了突破性进展。他们通过相结构调控设计，构建了BNT-NSN-SNT组分体系。在这一体系中，随着掺杂量的增加，器件的弛豫性得到了增强，耐电压能力上升，晶粒也得到了细化。这一过程实现了相结构的有效调控，使得室温相结构从非遍历弛豫转变为遍历弛豫相，弛豫系数从1.69增加至1.80，自由能曲线变得更加平坦，极化饱和过程也得到了延缓。这些改进使得室温储能性能显著提升，同时在变温和变频条件下的稳定性也得到了显著提高。此外，团队还实施了高熵策略设计，通过掺杂不同的金属离子，形成多离子固溶体，增加了畴的无序度，形成了极性纳米区域（PNRs），从而增强了储能特性。在BNT中引入La、Nb、Sr、Ta等元素后，氧八面体局部的C1和C2拉曼峰逐渐软化，这表明无序度的增加。这种高熵效应实现了优异的温度稳定性，在宽温度范围内介电常数的变化率小于15%。同时，PNRs的存在进一步促进了弛豫化，产生了超过94%的超高储能效率，耐电场能力大幅提升，并展现出优异的温度和频率稳定性。
刘岗教授团队通过相结构调控，定制了室温相，延缓了饱和极化；采用高熵策略，提高了混乱度，形成了PNRs，最终实现了高可回收能量密度和能量储存效率。这些成果为高功率脉冲功率器件的小型化、轻量化与集成化提供了新的可能性，为环境友好型无铅介电储能陶瓷材料的开发指明了方向。
在互动交流环节，现场师生与刘岗教授深入讨论了如何表征高熵设计引起晶格畸变的问题，BNT是否属于反铁电体以及如何制备稳定的反铁电体，并对如何进行高熵设计、确定适合的BNT组分和结构的深入探讨，帮助参会成员加深了对BNT基无铅储能陶瓷的结构特性、制备工艺及其未来发展和应用前景的认识，为我国在该领域的创新拔尖人才培育提供了强有力的支持。
报告人简介：
刘岗，博士毕业于英国伯明翰大学，现为西南大学材料与能源学院教授，博士生导师。长期从事功能陶瓷的研究工作，包括介电、铁电、压电陶瓷及树脂基陶瓷压电复合物以及粉末材料胶态成型工艺，包括凝胶注膜、注射成型等；目前已发表SCI学术论文110余篇，其中ESI高被引论文7篇；主持包括国家自然料学基金4项及其他项目10余项。目前与国内国际同行建立了良好学术交流与科研合作关系，是国家自然科学基金、多个省级自然科学基金通讯评审专家；担任重庆市硅酸盐学会副理事；中国仪器仪表学会功能材料分会电子元器件关键材料与技术专业委员会委员。
