科学网—安徽工程大学谢爱文/清华大学王晓慧等：弛豫-超顺电过渡态，助力无铅NaNbO 3基多层陶瓷电容器实现优异储能性能-清华大学出版社学术期刊的博文
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2026-6-5 08:11
| 个人分类: JAC | 系统分类: 论文交流
原文出自 Journal of Advanced Ceramics ( 先进陶瓷 ) 期刊
Cite this article:
Li Z, Zuo J, Wu X, et al. Superior energy storage performance in lead-free NaNbO 3 -based multilayer ceramic capacitors enabled by relaxor-to-superparaelectric crossover. Journal of Advanced Ceramics , 2026, https://doi.org/10.26599/JAC.2026.9221321
文章 DOI ： 10.26599/JAC.2026.9221321
ResearchGate ： Superior energy storage performance in lead-free NaNbO 3 -based multilayer ceramic capacitors enabled by relaxor-to-superparaelectric crossover
基金支持： 本工作得到国家自然科学基金（ 52302131 和 52472130 ）和安徽省重点研究与开发计划（ 202304a05020044 和 202423i08050005 ）的资助。
一、 导读
针对脉冲功率系统中对高功率密度与超快充放电速率的严苛需求，介质陶瓷电容器发挥着不可替代的作用。然而，其在无铅陶瓷材料体系中的广泛应用长期受制于一个核心难题：高可恢复储能密度（ W rec ）与高储能效率（ η ）难以兼得。这一困境的根源在于介质陶瓷中极化强度与滞后损耗之间固有的权衡关系。
因此，如何设计出能够打破这一“壁垒”的新型材料，已成为当前储能电介质领域的前沿热点与迫切需求。
二、文章亮点
本工作针对上述挑战提出并验证了一种有效的材料设计策略：在 NaNbO 3 基无铅陶瓷中，精心构筑一个在室温附近稳定的“弛豫 – 超顺电过渡态”。该策略通过协同调控多相共存与纳米畴动力学，在微观结构上创造出一种兼具高极化潜力与低滞后损耗响应的独特状态。
图 1 “弛豫 - 超顺电过渡态”设计示意图
该设计主要通过在 NaNbO 3 中引入高铁电活性的 (Bi 0.5 K 0.5 )TiO 3 与非铁电的 BaZrO 3 实现，二者协同打乱 NaNbO 3 的长程铁性有序，促使四方、正交和三方相纳米畴共存，从而将弛豫 – 超顺电相变温区宽化并调制至室温附近。多尺度结构表征证实，该“弛豫 – 超顺电过渡态”由对称性不同、尺寸分布宽泛的多态极性纳米微区构成；进一步的原位压电力显微镜分析揭示了电场作用下的畴响应行为，建立了多态极性纳米微区与宏观低滞后高极化响应之间的构效关系。
图 2 “弛豫 - 超顺电过渡态”极化构型
最终制备的多层陶瓷电容器（ MLCC ）在 80 kV mm -1 下实现了 ~16.5 J cm -3 的 W rec 和 ~96.2% 的 η ，其单位电场存储能力 W rec / E 高达 ~206 J·(kV) -1 ·mm -2 。
图 3 MLCC 储能特性
三、作者及研究团队简介
李泽豪（第一作者） ，安徽工程大学硕士研究生。主要研究方向为电介质储能陶瓷材料与器件，以第一作者在 Journal of Advanced Ceramics 和 ACS Applied Materials & Interfaces 等期刊发表论文。
左 家楠（共同第一作者） ，清华大学博士研究生。主要研究方向为电介质储能陶瓷材料及多层电容器，以第一（共同）作者在 Advanced Functional Materials 和 Journal of Advanced Ceramics 等期刊发表论文。
谢爱文（通讯作者） ，安徽工程大学副教授，硕士生导师。主要研究方向为无铅铁电、反铁电陶瓷材料与器件，主持国家自然科学基金青年基金 C 类、安徽省自然科学基金青年项目、安徽省教育厅重点项目等各类项目 9 项，以第一 / 通讯作者（含共同）发表 SCI 论文 30 余篇，包括 Nat. Commun. (2 篇 ) 、 Adv. Mater. 、 Adv. Energy Mater. 、 Adv. Funct. Mater. (2 篇 ) 、 Adv. Sci. (2 篇 ) 等，其中高被引论文 3 篇。获安徽省科学技术奖自然科学奖二等奖 1 项、 2024 年芜湖市“优秀青年”称号。
王晓慧（通讯作者） ，清华大学教授，博士生导师。主要从事纳米晶信息功能陶瓷材料及新一代高性能多层片式元器件研究，曾获国家杰出青年科学基金项目、教育部 “ 长江学者 ” 特聘教授及国家 “ 百千万人才工程 ” 入选。在 Nature 、 Nature Communications 等期刊发表 SCI 论文 400 余篇（ H 因子 =60 ），曾获国家技术发明二等奖、技术进步二等奖以及中国电子学会科学技术进步奖一等奖。担任中国电子学会元件分会主任，中国化学会能源化学专业委员会副主任。
作者及研究团队在 Journal of Advanced Ceramics 上发表的相关代表作：
1 ） Zhao P, Jiang Y, Wang H, et al. BaTiO 3 -based multilayer ceramic capacitors with superior stability in energy-storage and pulse properties. Journal of Advanced Ceramics , 2026, 15(4): 9221264. https://doi.org/10.26599/JAC.2026.9221264
2 ） WANG H, ZHAO P, CHEN L, et al. Energy storage properties of 0.87BaTiO 3 -0.13Bi(Zn 2/3 (Nb 0.85 Ta 0.15 ) 1/3 )O 3 multilayer ceramic capacitors with thin dielectric layers. Journal of Advanced Ceramics , 2020, 9(3): 292-302. https://doi.org/10.1007/s40145-020-0367-8
3 ） ZHAO P, CAI Z, WU L, et al. Perspectives and challenges for lead-free energy-storage multilayer ceramic capacitors. Journal of Advanced Ceramics , 2021, 10(6): 1153-1193. https://doi.org/10.1007/s40145-021-0516-8
《先进陶瓷（英文）》（ Journal of Advanced Ceramics ） 期刊简介
《先进陶瓷（英文）》于 2012 年创刊， 清华大学 主办， 清华大学出版社 出版， 清华大学新型陶瓷材料全国重点实验室 提供学术支持，创刊主编为中国工程院院士、清华大学李龙土教授，主编为中国科学院院士、清华大学林元华教授、苏州国家实验室周延春教授、广东工业大学林华泰教授和哈尔滨工业大学张幸红教授。该刊主要发表先进陶瓷领域的高质量原创性研究和综述类学术论文，涉及先进陶瓷的制备、结构表征、性能评价的各个细节，尤其侧重新材料研制和先进陶瓷基础科学研究等重要方面，致力于在世界先进陶瓷领域搭建学术交流平台，引领和促进先进陶瓷学科的发展。已被 SCIE 、 Ei Compendex 、 Scopus 、 DOAJ 、 CSCD 等数据库收录。现为月刊， 2025 年发文量为 202 篇； 2025 年 6 月发布的影响因子为 16.6 ，连续 5 年位列 Web of Science 核心合集“材料科学，陶瓷”学科 34 种同类期刊第 1 名； 2024 年 11 月入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”英文领军期刊项目； 2025 年入选中国科学院文献情报中心期刊分区表材料科学 1 区 Top 期刊。 2023 年起，本刊结束与国际出版商的合作，改由清华大学出版社自主研发、拥有自主知识产权的科技期刊国际化数字出版平台 SciOpen 独家发布，标志着该刊结束多年来“借船出海”的办刊模式，回归本土独立运营，也是我国优质英文期刊中最早回归国产平台的期刊之一。
期刊主页： https://www.sciopen.com/journal/2226-4108
投稿地址： https://mc03.manuscriptcentral.com/jacer
期刊 ResearchGate 主页： https://www.researchgate.net/journal/Journal-of-Advanced-Ceramics-2227-8508
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