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Tailoring high-energy storage NaNbO3-based materials from antiferroelectric to relaxor states

Zhang, Mao-Hua ; Ding, Hui ; Egert, Sonja ; Zhao, Changhao ; Villa, Lorenzo ; Fulanovic, Lovro ; Groszewicz, Pedro B. ; Buntkowsky, Gerd ; Kleebe, Hans-Joachim ; Albe, Karsten ; Klein, Andreas ; Koruza, Jurij (2023)
Tailoring high-energy storage NaNbO3-based materials from antiferroelectric to relaxor states.
In: Nature Communications, 14
doi: 10.1038/s41467-023-37060-4
Artikel, Bibliographie

Dies ist die neueste Version dieses Eintrags.

Kurzbeschreibung (Abstract)

Reversible field-induced phase transitions define antiferroelectric perovskite oxides and lay the foundation for high-energy storage density materials, required for future green technologies. However, promising new antiferroelectrics are hampered by transition´s irreversibility and low electrical resistivity. Here, we demonstrate an approach to overcome these problems by adjusting the local structure and defect chemistry, delivering NaNbO3-based antiferroelectrics with well-defined double polarization loops. The attending reversible phase transition and structural changes at different length scales are probed by in situ high-energy X-ray diffraction, total scattering, transmission electron microcopy, and nuclear magnetic resonance spectroscopy. We show that the energy-storage density of the antiferroelectric compositions can be increased by an order of magnitude, while increasing the chemical disorder transforms the material to a relaxor state with a high energy efficiency of 90%. The results provide guidelines for efficient design of (anti-)ferroelectrics and open the way for the development of new material systems for a sustainable future.

Typ des Eintrags: Artikel
Erschienen: 2023
Autor(en): Zhang, Mao-Hua ; Ding, Hui ; Egert, Sonja ; Zhao, Changhao ; Villa, Lorenzo ; Fulanovic, Lovro ; Groszewicz, Pedro B. ; Buntkowsky, Gerd ; Kleebe, Hans-Joachim ; Albe, Karsten ; Klein, Andreas ; Koruza, Jurij
Art des Eintrags: Bibliographie
Titel: Tailoring high-energy storage NaNbO3-based materials from antiferroelectric to relaxor states
Sprache: Englisch
Publikationsjahr: 18 März 2023
Titel der Zeitschrift, Zeitung oder Schriftenreihe: Nature Communications
Jahrgang/Volume einer Zeitschrift: 14
Kollation: 11 Seiten
DOI: 10.1038/s41467-023-37060-4
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Kurzbeschreibung (Abstract):

Reversible field-induced phase transitions define antiferroelectric perovskite oxides and lay the foundation for high-energy storage density materials, required for future green technologies. However, promising new antiferroelectrics are hampered by transition´s irreversibility and low electrical resistivity. Here, we demonstrate an approach to overcome these problems by adjusting the local structure and defect chemistry, delivering NaNbO3-based antiferroelectrics with well-defined double polarization loops. The attending reversible phase transition and structural changes at different length scales are probed by in situ high-energy X-ray diffraction, total scattering, transmission electron microcopy, and nuclear magnetic resonance spectroscopy. We show that the energy-storage density of the antiferroelectric compositions can be increased by an order of magnitude, while increasing the chemical disorder transforms the material to a relaxor state with a high energy efficiency of 90%. The results provide guidelines for efficient design of (anti-)ferroelectrics and open the way for the development of new material systems for a sustainable future.

Freie Schlagworte: LOEWE, FLAME
Zusätzliche Informationen:

Artikel-ID: 1525

Fachbereich(e)/-gebiet(e): 11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Geowissenschaften
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Elektronenstruktur von Materialien
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Materialmodellierung
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Nichtmetallisch-Anorganische Werkstoffe
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LOEWE > LOEWE-Schwerpunkte
LOEWE > LOEWE-Schwerpunkte > FLAME - Fermi Level Engineering Antiferroelektrischer Materialien für Energiespeicher und Isolatoren
07 Fachbereich Chemie
07 Fachbereich Chemie > Eduard Zintl-Institut > Fachgebiet Physikalische Chemie
Hinterlegungsdatum: 24 Apr 2023 06:00
Letzte Änderung: 23 Jan 2024 08:59
PPN: 506541673
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