【摘 要】
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电介质电容器作为脉冲功率系统的核心储能元件,因具有放电速率快、功率密度高和应用温度范围宽等优点被广泛研究和应用。随着脉冲功率器件向小型化、集成化和安全化方向发展,开发具有高储能密度（Wrec）、大储能效率（η）和优异储能稳定性（频率,温度和循环次数）的电介质电容器成为当前亟待解决的问题。本论文选取具有宽带隙（大击穿电场）、无挥发性钾元素（易于制备）和低体积密度（轻质）的NaNbO3（NN）反铁电陶
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电介质电容器作为脉冲功率系统的核心储能元件,因具有放电速率快、功率密度高和应用温度范围宽等优点被广泛研究和应用。随着脉冲功率器件向小型化、集成化和安全化方向发展,开发具有高储能密度（Wrec）、大储能效率（η）和优异储能稳定性（频率,温度和循环次数）的电介质电容器成为当前亟待解决的问题。本论文选取具有宽带隙（大击穿电场）、无挥发性钾元素（易于制备）和低体积密度（轻质）的NaNbO3（NN）反铁电陶瓷作为研究对象,通过引入弛豫特性和构建核-壳结构以进一步提升储能特性。系统从微观、介观和宏观等多尺度分析尺度的复杂性对极化响应机制、击穿强度（Eb）以及储能特性的影响规律。主要研究内容如下:（1）设计并制备了（1-x）NaNbO3-x Bi（Ni2/3Nb1/3）O3[（1-x）NN-x BNN]弛豫铁电陶瓷。介电和铁电测试发现源于增强的介电弛豫特性,0.85NN-0.15BNN陶瓷呈现高的Wrec（3.31 J/cm3）、大的η（80.9%）和优异的储能稳定性（频率:5-100 Hz,温度:20-120 ℃）。（2）结合弛豫特性和稳定反铁电相,在NN体系中引入Bi Me O3[Me=（Ni0.5Sn0.5）3+和（Zn0.5Sn0.5）3+]使其驱动电场（反铁电-铁电相变电场）得以进一步改善。Rietveld精修和Raman结果表明:随着Bi Me O3含量增加,NN陶瓷的的相结构从极性正交相向弱极性四方相转变。由于反铁电相的稳定与局域随机场的产生,0.90NN-0.10BNS陶瓷呈现高的Wrec（5.00 J/cm3）、适中的η（67.80%）和优异的储能稳定性（频率:1-100 Hz,温度:20-140 ℃和循环次数:1-104）。（3）通过组分诱导增强的局部异质性,在0.60[0.90NaNbO3-0.10Bi（Mg2/3Nb1/3）]-0.40（Bi0.5Na0.5）0.7Sr0.3Ti O3（0.40BNST）陶瓷中构建了以强极性和弱极性团簇共存为特征的晶粒不均匀性核-壳结构（或不同极性域）。利用高分辨透射电镜观察到了0.40BNST陶瓷中独特的核-壳结构。结合相场模拟证实晶粒中极性核芯的存在可以有效降低弱极性晶粒壳层的局部电场分布,从而显著改善Eb。同时利用基于密度泛函理论的第一性原理估算对本征电子结构进行进一步分析发现与弱极性R3c相（弱极性壳芯）相比,具有较高带隙值的极性P4bm相（极性核芯）的出现有利于降低0.40BNST的电导率,从而降低其本征击穿的可能。另外,通过变温Raman和PFM在微观尺度上也证实了在晶粒中强极性团簇和弱极性并存的晶粒不均匀性有助于增强极化差。最终,在0.40BNST陶瓷中获取了高的Wrec（7.72J/cm3）、大的η（83.80%）和宽的温度稳定性（-40-200 ℃）。
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