近日，湖北大学材料科学与工程学院郭金明教授课题组在国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》上发表题为"Polymorphic Polar Ordering Engineered Relaxor Antiferroelectric for High Energy Storage Performance"的研究论文。该研究提出了基于多形态极化有序工程的高性能反铁电储能材料设计新策略，成功实现了能量密度100.3 J cm⁻³和效率76.3%的优异性能，为下一代脉冲功率器件提供了关键材料解决方案。
反铁电材料因其独特的双电滞回线特征，在高功率脉冲电容器领域具有重要应用前景。然而，传统反铁电材料长期面临反铁电相态不稳定、击穿强度低和滞后损耗高等三重挑战。郭金明教授团队与中国科学院固体物理研究所合作，创新性地提出"多形态极化有序工程"策略，通过在反铁电PbHfO₃基体中引入非极性LaScO₃端元组分，成功构建了短程反极化有序与无序非极性区域共存的多形态极化构型。
图1 (1-x)PHO-xLSO 薄膜微结构表征
该研究的关键突破在于对材料微观结构的精准解析。借助双球差透射电镜等先进设备，研究团队在原子尺度直接观测到了多形态极化有序构型。球差校正扫描透射电子显微镜图像清晰显示，改性后的材料中长程反极化有序被打破，形成了包含短程反极化域和近零极化非极性区域的复杂结构。该结构的建立有效延迟了反铁电-铁电相转变场，抑制了场致滞后损耗，并显著提升了击穿场强（达4272 kV cm⁻¹）。
优化后的弛豫反铁电薄膜在–100°C~200°C的宽温域、1~100 kHz频率范围以及高达108次充放电循环条件下均表现出优异的稳定性。特别是其100.3 J cm⁻³的能量密度刷新了PbHfO₃基反铁电材料的最佳纪录，与当前最先进的反铁电体系相当。这一成果不仅阐明了多形态极化有序优化反铁电储能性能的微观机理，更为开发兼具高能量密度、高效率和高可靠性的反铁电电容器提供了全新设计范式。
使用设备：300 kV双球差校正透射电镜 (Thermo Scientific Spectra 300 )，Talos F200X G2 扫描透射电子显微镜，双束聚焦离子束(Helios 5 UC)。
(复审：周威，终审：杜风)
