介电陶瓷是新能源、电子信息等领域的核心基础材料，透明介电陶瓷更是在光电子集成、脉冲功率系统等高端场景中具有不可替代的应用价值。传统介电陶瓷普遍面临纳米孔隙缺陷导致性能衰减、晶格极化能力不足等关键问题，如何实现缺陷抑制与极化增强的协同调控，成为高性能介电陶瓷研发的核心难题。四川大学物理学院博士研究生李诗睿作为第一作者，在齐建起教授和马瑶副教授的指导下，围绕该领域关键科学问题开展深入研究，相关成果近日发表于期刊《Materials Today》（四川大学A-类期刊，影响因子22），为高性能储能介电陶瓷的设计与制备提供了全新思路。
该研究题为“Defect suppression and lattice distortion engineering for Ultra-High dielectric performance transparent ceramics”，四川大学物理学院为第一署名单位，李诗睿为论文第一作者，马瑶副教授、齐建起教授及香港大学叶昱成博士为通讯作者，研究工作得到国家自然科学基金、四川省科技计划等项目资助。李诗睿在研究中牵头完成了实验设计、数据采集与分析、论文撰写与修改等核心工作，凭借扎实的专业基础和创新的研究思路，成为该成果的核心贡献者。
针对传统介电陶瓷纳米气孔引发电场集中、晶格对称性过高限制离子极化的痛点，团队首次构建了纳米气孔抑制与晶格畸变工程相结合的双策略调控方法，以钐锆酸盐（Sm₂Zr₂O₇）为模型体系，通过粉末活化与高温真空烧结工艺实现了纳米孔隙的完全消除，同时利用Nd³⁺掺杂引入可控的晶格畸变，成功将多孔不透明的烧绿石陶瓷转化为高致密透明的介电陶瓷，实现了材料性能的跨越式提升。
研究中通过系统的结构表征与有限元模拟结合，清晰揭示了纳米孔隙作为电场热点降低击穿强度的作用机制，证实孔隙的完全消除可实现电场均匀分布，大幅提升介电可靠性；同时深入阐明了Nd³⁺掺杂引发的晶格膨胀与键长不对称性，能够有效降低离子位移能垒，显著增强离子位移极化，实现介电常数的大幅提升。由该方法制备的NdSmZr₂O₇透明介电陶瓷展现出超高性能：介电常数达48、击穿强度高达600 kV/cm、能量存储效率78.7%，相较多孔陶瓷，能量存储密度提升超10倍，且介电损耗保持极低水平，综合性能远超传统烧绿石介电陶瓷。
来源：四川大学物理学院 https://physics.scu.edu.cn/info/1062/5143.htm
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