科学网—西安外事学院陈敏等：铌酸钠基反铁电陶瓷Pnma相的稳定机制-清华大学出版社学术期刊的博文

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2025-10-14 10:04

| 个人分类: JAC | 系统分类: 论文交流

原文出自 Journal of Advanced Ceramics ( 先进陶瓷 ) 期刊

Cite this article:

Chen M, Zhang L, Pu Y, et al. Stabilization mechanism of antiferroelectric Pnma phase and low-field reversible phase transition in sodium niobate-based ceramics. Journal of Advanced Ceramics , 2025, https://doi.org/10.26599/JAC.2025.9221170

文章 DOI ： 10.26599/JAC.2025.9221170

ResearchGate ： Stabilization mechanism of antiferroelectric Pnma phase and low-field reversible phase transition in sodium niobate-based ceramics

1 、导读

反铁电材料因其在外加电场下可发生反铁电 - 铁电相变，在能量存储、传感器、驱动器和固态制冷等领域具有广泛应用前景。然而，纯铌酸钠（ NaNbO 3 ）基陶瓷反铁电 Pnma 相稳定机制尚不明确，存在场致反铁电 - 铁电 相变不可逆 、 反铁电驱动电场高 （ >200 kV/cm ）等瓶颈问题。针对这一挑战，该研究借助第一性原理计算，构建了 A 位空位型固溶端元，实现了可逆的 AFE - FE 相变和较低的工作电场（ < 200 kV·cm -1 ）。与同类 AFE 体系材料相比，优化后的成分表现出更低的剩余极化。局域结构分析（见图 1 ）显示 AFE P 相具有 4 层多胞结构（约 1.65 纳米），周期性的排列被 6 层反相界（ APB ，约 2.44 纳米）打断，这与位错形成以及 P 相和 Q 相之间的大能量差（ 7.20 meV·f.u. -1 ）有关。这些特性可能有助于减小畴尺寸以及降低场致 AFE→FE 相变的场强。此外， AFE Pnma 相的稳定主要是由于畸变指数降低（从 0.047 降至 0.003 ）以及 A-O 和 B-O 键的共价性增强。该研究表明 A- 位空位型固溶端元可以有效稳定反铁电 Pnma 相，为开发低场驱动的可逆相变 AFE 材料提供了研究基础。

图 1. Bi 2/3 SnO 3 改性 NaNbO 3 陶瓷的（ a ）选区电子衍射、（ b ）原始的 HRTEM 图、（ c ）位错和（ d ）纳米畴

2 、文章亮点

1 ）首次在 x Bi 2/3 SnO 3 -(1- x )NaNbO 3 体系中实现了低电场驱动的可逆反铁电 - 铁电相变，其性能显著优于现有铌酸钠基陶瓷材料。这一突破源于以下协同机制：通过 A 位空位工程诱导位错形成，产生局域应变场和梯度效应，有效促进铁电相成核，通过调控反铁电相与铁电相之间的自由能差（提升至 7.20 meV·f.u.⁻¹ ）并增强 A-O 和 B-O 键共价性，实现了电场诱导的可逆相变

2 ）基于先进的结构表征技术，揭示了端元掺杂诱导的三阶段相演化规律。通过原子尺度分析发现，反铁电 Pnma 相的稳定性主要源于八面体畸变指数的大幅降低（降幅达 93% ，从 0.047 降至 0.003 ）

3 、作者及研究团队简介

陈敏，陕西科技大学 / 奥地利格拉茨技术大学联合培养博士，西安外事学院教师。主要从事铌酸钠反铁电陶瓷的组成设计和应用研究，在《 Chemical Engineering Journal 》和《 Journal of the European Ceramic Society 》等国际学术期刊发表 SCI 收录论文 30 余篇，其中第一作者 11 篇， H 因子为 22 。授权中国发明专利 11 件主持或参与国家自然科学基金等项目 3 项，获得省部级科研奖励 4 项。

研究方向：反铁电陶瓷的组成设计和应用研究

作者邮箱： cmsociety@163.com

《先进陶瓷（英文）》（ Journal of Advanced Ceramics ） 期刊简介

《先进陶瓷（英文）》于 2012 年创刊，清华大学主办，清华大学出版社出版， 清华大学新型陶瓷材料全国重点实验室 提供学术支持，创刊主编为中国工程院院士、清华大学李龙土教授，主编为清华大学林元华教授、郑州大学周延春教授和广东工业大学林华泰教授。该刊主要发表先进陶瓷领域的高质量原创性研究和综述类学术论文，涉及先进陶瓷的制备、结构表征、性能评价的各个细节，尤其侧重新材料研制和先进陶瓷基础科学研究等重要方面，致力于在世界先进陶瓷领域搭建学术交流平台，引领和促进先进陶瓷学科的发展。已被 SCIE 、 Ei Compendex 、 Scopus 、 DOAJ 、 CSCD 等数据库收录。现为月刊， 2024 年发文量为 174 篇； 2025 年 6 月发布的影响因子为 16.6 ，连续 5 年位列 Web of Science 核心合集“材料科学，陶瓷”学科 33 种同类期刊第 1 名； 2024 年 11 月入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”英文领军期刊项目； 2025 年入选中国科学院文献情报中心期刊分区表材料科学 1 区 Top 期刊。 2023 年起，本刊结束与国际出版商的合作，改由清华大学出版社自主研发、拥有自主知识产权的科技期刊国际化数字出版平台 SciOpen 独家发布，标志着该刊结束多年来“借船出海”的办刊模式，回归本土独立运营，也是我国优质英文期刊中最早回归国产平台的期刊之一。

期刊主页： https://www.sciopen.com/journal/2226-4108

投稿地址： https://mc03.manuscriptcentral.com/jacer

期刊 ResearchGate 主页： https://www.researchgate.net/journal/Journal-of-Advanced-Ceramics-2227-8508

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