隨著人類對可再生能源需求的日益增長, 能源存儲技術面臨著更大挑戰. 在眾多能源存儲器件中, 鐵電儲能薄膜電容器不僅具有高的功率密度, 快的充放電速度, 且滿足了器件微型化的發展趨勢, 逐漸成為儲能器件領域的一大熱點. 在介電儲能電容器中, 儲能密度, 儲能效率以及溫度穩定性是表徵其儲能特性的三個重要參數. 如何製備出具有高儲能密度和優異寬溫熱穩定性的鐵電儲能薄膜電容器成為目前研究的一個瓶頸及需要攻克的難點.
近日, 西安交通大學賈春林科學家工作室通過選取同一體系不同組分的BaZr 0.15Ti 0.85O3和BaZr 0.35Ti 0.65O3材料, 利用射頻磁控濺射技術生長出了具有高能量存儲密度的BaZr 0.15Ti 0.85O3//BaZr 0.35Ti 0.65O3多層膜. 通過改變 BaZr 0.15Ti 0.85O3//BaZr 0.35Ti 0.65O3多層膜的周期數即提高界面數, 使界面作為電樹枝發展阻礙的方式, 提高了外延 BaZr 0.15Ti 0.85O3//BaZr 0.35Ti 0.65O3多層膜的擊穿場強, 並在周期數為6時獲得了優異的儲能密度. 同時在-100℃~200℃溫區內, 該多層薄膜表現出優異的寬溫穩定性. 該項研究結果對優化多層膜的界面數來提高鐵電薄膜的儲能特性具有指導性意義.
上述研究成果以題目 'Significantly enhanced energy storage density with superior thermal stability by optimizing Ba(Zr 0.15Ti 0.85)O3/Ba(Zr 0.35Ti 0.65)O3multilayer structure' 發表在權威期刊Nano Energy (IF=13.12) 上. 該工作是電信學院微電子學院範巧蘭博士生在劉明副教授和馬春蕊副教授的共同指導下完成的, 參與該工作的還有微電子學院賈春林教授, 路璐高級工程師和前沿院婁曉傑教授. 西安交通大學為第一作者和通訊作者單位, 德國於利希研究所為合作單位.
該研究得到國家自然科學基金重大專項與面上項目及青年項目, 國家 '973' 項目, 博士後基金, 國家基礎研究發展計劃及中央高校基本科研業務費等的支援.
