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摘要
电介质薄膜是通过介质极化方式存储静电能的一种材料，由于其高功率密度和高充放电效率，在电子器件领域得到广泛应用。目前，较低的储能密度和温度稳定性仍是电介质储能薄膜的缺陷。本研究采用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了0.9BaTiO3-0.1Bi(Ti1/2Mg1/2)O3(0.9BT-0.1BMT)薄膜，通过引入BMT期望获得高储能密度及宽温度稳定性，并研究了退火温度对薄膜的相组成和微观形貌的影响。研究结果表明，过高的温度会导致薄膜的致密性明显降低并伴随晶粒尺寸增大的现象，750 ℃是最佳的退火温度。综合性能研究发现，1 kHz下，薄膜的室温介电常数为399，介电损耗为5.8%。薄膜在各测试频率下的介电温度稳定性满足X9R标准，△C200 ℃/C25 ℃≤±15%。通过Currie-Weiss关系计算得到薄膜的弛豫系数(Relaxor values)γ值为1.96，说明其具有明显的弛豫特性。储能特性研究显示，薄膜的室温储能密度Wrec达51.9 J/cm3，25～200 ℃的宽温度范围内，储能密度Wrec>20 J/cm3，可释放能量效率η>65%(1600 kV/cm)。在脉冲放电测试中，薄膜的脉冲放电时间τ0.9保持在15 μs以内，且具有优异的频率、温度和循环可靠性。本研究所制备的0.9BT-0.1BMT铁电薄膜具有出色的储能特性和宽温度稳定性，具备在高温环境中应用的潜力。
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单位材料化学工程国家重点实验室; 南京工业大学; 中国科学院上海硅酸盐研究所
