介质电容器作为电池和电化学电容器的一种绿色、可持续、有竞争力的技术，具有高电荷存储能力，具有成本低、循环寿命长、工作温度范围宽、环境友好、耐高温等优点。安全性好，可靠性好。

最重要的是，由于其无与伦比的充放电速度，它们在超高功率密度方面优于其他技术。这些特性为它们在电力电子器件和脉冲功率设备中创造了许多应用。在介电电容器中，铁电电容器由于大的电极化而能够提供高能量密度，因而受到越来越多的关注。

最近，中国济南齐鲁工业大学欧阳和朱涵飞领导的材料科学家团队报告了一种有效的策略，旨在通过构建简单的三层结构，实现铁电电容器的储能密度、效率和稳定性的同步提高。层膜异质结构，其中结晶良好的铁电层被两个具有主导非晶微结构的伪线性介电层夹在中间，这可以成为增强在各种恶劣环境下工作的铁电电容器储能性能的普遍有效途径。

“在这份报告中，我们提出了一种策略，通过构建三层薄膜来同时提高铁电电容器的能量存储性能和稳定性，其中结晶良好的铁电层被两个具有主要非晶结构的伪线性介电层夹在中间”。

“我们通过快速热退火在溶胶-凝胶衍生的 BaTiO 3 /(Pb,La,Ca)TiO 3 /BaTiO 3三层薄膜中成功实施了这一设计策略。这种夹层薄膜被赋予了大的能量密度 W rec (~80 J/cm 3 )和高效率(~86%)，尤其是出色的循环稳定性，可承受10 9 个电循环。”

齐鲁工业大学化学化工学院副教授朱涵飞表示：“这项创新工作将为夹层铁电薄膜在电力系统和先进脉冲放电器件中的应用铺平道路。”中国)，以及一位研究兴趣集中在铁电和多铁材料领域的青年专家。

“与电化学储能系统相比，介质电容器的低能量密度是致命的应用瓶颈，特别是在小型化设备和集成系统中，”朱瀚飞说。

由于其大的电极化，铁电薄膜电容器在提供高能量密度方面显示出巨大的潜力。然而，极化(P)和击穿强度(E b )之间的权衡(通常是负相关)以及铁电薄膜更容易产生的损耗严重限制了能量密度和效率的进一步提高。

除此之外，薄膜电容器还容易受到电路温度、工作频率和负载率变化造成的潜在损坏。 “因此，如何努力打破或减轻极化、击穿强度和损耗之间的耦合，从而提高储能性能以及在宽温度、频率和循环时间下的稳定性已成为铁电薄膜电容器面临的挑战， ”朱寒飞说道。

对上述问题，朱教授团队提出了一种有效的策略，旨在通过构建简单的三层薄膜结构(中间夹有结晶良好的铁电层)，实现铁电薄膜电容器储能密度、效率和稳定性的同步提高。由两个具有主要非晶微结构的伪线性介电层组成。

研究团队通过低成本溶胶-凝胶法结合快速热退火(RTA)技术，提供了在Pt涂覆的Si衬底上制备三明治BaTiO 3 /(Pb,La,Ca)TiO 3 /BaTiO 3薄膜的范例。过程。

夹层薄膜中完全结晶的PLCT层和具有一些独立分布的纳米晶簇(NC)的非晶BTO层共同作用，产生大的能量密度W rec (~80 J/cm 3 )和高效率h (~86%) ，特别是其在不同温度(25-150℃)、频率(20 Hz-10 kHz)和充放电循环(最多10 9 个循环)下的能量存储稳定性大大提高。

“我们的工作表明，通过共同设计纳米晶分散的非晶和全结晶相结构的夹层薄膜可以成为增强在恶劣环境下工作的铁电电容器储能性能的有效途径，”朱瀚飞说。