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反铁电材料PLZT的能量储存性能及温度和频率稳定性研究
反铁电材料在电介质存储方面有巨大的应用前景，尤其是在高能脉冲存储器方面。目前，反铁电体在储能密度方面的应用仍然面临很多的基础与技术挑战，其一，要提高储能密度，必须在增强极化强度的同时，尽量提高诱导铁电相变电场强度。其二，如何在改善其储能密度的同时、提高其储能效率（目前的效率远小于90％）。其三，如何提高其储能密度与储能效率的温度稳定性，以及提高快速充/放电的速度。为了探寻并实现上述研究目的，本论文以Pbo.97Lao.o2(Zro.95Tio.o5)O3(PLZT)为研究对象，通过溶胶-凝胶的方法制备高度取向的薄膜，研究材料的微结构、反铁电特性、储能性能之间的关系。围绕该目标开展了较系统的探索，本论文研究的内容如下:　　1.采用溶胶凝胶法制备不同厚度的PLZT反铁电薄膜，XRD研究表明:随着薄膜厚度的增加，薄膜的生长取向性更加明显。选取两个厚度最大样品作为深入研究的对象，通过SEM表征其表面形貌、截面特征并测定薄膜的厚度，实验结果表明，厚膜没有明显裂纹，致密性好，晶粒尺寸很大。　　2.采用Radiant多铁测试系统对样品进行室温下的铁电回线测试，得到随外电场强度的增大，厚膜反铁电性质的变化规律。结果发现，PLZT厚膜的反铁电态到铁电态的相变电场为350 kV/cm，铁电态到反铁电态的相变电场为190 kV/cm。对于1.6μm厚度的PLZT样品，其耐压性更好，可以达到1800 kV/cm。并且在高电场作用下PLZT厚膜的饱和极化值随外场的增强稳定的增加。　　3.通过对PLZT厚膜的电滞回线进行数值积分，可以得到其能量存储密度、能量损耗值和能量存储效率。实验发现，厚膜的能量存储密度与现有报道具有相近的数值，能量存储效率均在60％以上，高于现有的研究报道。另外，由于1.6μm的PLZT厚膜能承受更高的外部电场，所以具有更为优越的能量存储性能。　　4.研究了在不同应用环境下，PLZT厚膜的能量存储性能的稳定性。通过测试温度由室温到280℃的电滞回线，通过计算得到对应温度的能量储存密度和能量存储效率。结果发现，能量储存性能在温度范围内很稳定，在温度为180℃，电场强度为1.8 MV/cm时，能量存储密度达到26.8 J/cm3，能量储存效率达到80％。通过采用PUND测试方法探究PLZT厚膜的频率响应特性。发现其电畴生长和反转机制与NLS物理模型符合得较好，并通过修正现有的模型，研究了厚膜电畴反转的上下限时间与外部电场强度的函数关系，得到较为合理的模型。
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万方数据电子出版社铁电性_百度百科
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铁电性（ferroelectricity）是某些介电晶体所具有的性质。在一些电介质晶体中，的结构使正负中心不重合而出现，产生不等于零的，使晶体具有，且电偶极矩方向可以因外电场而改变，呈现出类似于铁磁体的特点，晶体的这种性质叫铁电性。
铁电性定义
在一些电介质晶体中，晶体的极化程度与电场强度呈现出非线性关系。
由于极化程度与电场强度的关系曲线与铁磁体的磁滞回线形状类似，所以人们把这类晶体称为（其实晶体中并不含有铁）。
铁电性研究历史
1894年Pockels发现罗息盐具有异常大的压电常数，1920年Valasek发现罗息盐晶体（斜方晶系）铁电电滞回线，1935年、1942年又发现了磷酸二氢钾（KH2PO4）及其类似晶体中的铁电性与钛酸钡（BaTiO3）陶瓷的铁电性。迄今为止，已发现的具有铁电性的材料，有一千多种。
铁电性铁电畴
铁电性电畴概念
通常，铁电体自发极化的方向不相同，但在一个小区域内，各晶胞的自发极化方向相同，这个小区域就称为铁电畴(ferroelectric domains)。两畴之间的界壁称为畴壁，根据两个电畴的自发极化方向，可分为90°畴壁、180°畴壁等。畴壁通常位于晶体缺陷附近，因为缺陷区存在内应力，畴壁不易移动。
铁电畴与铁磁畴有着本质的差别：
1、铁电畴壁的厚度很薄，大约是几个的量级，但铁壁则很厚，可达到几百个晶格常数的量级（例如Fe，磁畴壁厚约1000 ）；
2、在磁畴壁中方向可逐步改变方向，而铁电体则不可能。
铁电性畴壁取向
一般说来，如果铁电晶体种类已经明确，则其畴壁的取向就可确定。电畴壁的取向可由下列条件来确定：
a）晶体形变
电畴形成的结果使得沿畴壁而切割晶体所产生的两个表面是等同的（即使考虑了自发形变）。
b）自发极化
两个相邻电畴的自发极化在垂直于畴壁方向的分量相等。
如果条件（a）不满足，则电畴结构会在晶体中引起大的弹性应变。若条件（b）不满足，则在畴壁上会出现，从而增大，在能量上是不稳定的。
电畴结构与晶体结构有关。BaTiO3的铁电相晶体结构有四方、斜方、菱形三种晶系，它们的自发极化方向分别沿[001]，[011]，[111]方向，这样，除了90°和180°畴壁外，在中还有60°和120°畴壁，在菱形晶系中还有71°，109°畴壁。
铁电性电畴转向
铁电畴在外电场作用下，总是要趋向于与外电场方向一致，称作电畴“转向”。电畴转向是通过在外电场作用下新畴的出现、发展以及畴壁的移动来实现的。实验发现，在作用下，180°畴的“转向”是通过许多尖劈形新畴的出现、发展而实现的，尖劈形新畴迅速沿前端向前发展。对90°畴的“转向”虽然也产生针状电畴，但主要是通过90o畴壁的侧向移动来实现的。实验证明，这种侧向移动所需要的能量比产生针状新畴所需要的能量还要低。一般在外电场作用下（人工极化）180°电畴转向比较充分；同时由于“转向”时结构畸变小，小，因而这种转向比较稳定。而90度电畴的转向是不充分的，所以这种转向不稳定。当外加撤去后，则有小部分电畴偏离，恢复原位，大部分电畴则停留在新转向的极化方向上，这叫剩余极化。
铁电性分类
具有铁电性的晶体可按照结晶状态、极化轴、相态、微观结构、维度模型等标准进行分类。
铁电性结晶状态
含有氢键的晶体：磷酸二氢钾（KDP）、三甘氨酸硫酸盐（TGS）、罗息盐（RS）等。这类晶体通常是从水溶液中生长出来的，故常被称为铁电体，又叫电体；
双氧化物晶体：如BaTiO3（BaO-TiO2）、KNbO3（K2O-Nb2O5）、LiNbO3 （Li2O-Nb2O5）等，这类晶体是从高温熔体或熔盐中生长出来的，又称为硬铁电体．它们可以归结为ABO3型，Ba2+，K+、Na+离子处于A位置，而Ti4+、Nb6+、Ta6+离子则处于B位置。
铁电性极化轴
沿一个晶轴方向极化的铁电体：罗息盐（RS）、KDP等；
沿几个晶轴方向极化的铁电晶体：BaTiO3、Cd2Nb2O7等。
铁电性非铁电相
非铁电相无对称中心：钽铌酸钾（KTN）和磷酸二氢钾（KDP）族的晶体。由于无对称中心的晶体一般是压电晶体，故它们都是具有的晶体；
非铁电相时有对称中心：不具有压电效应，如BaTiO3、TGS（硫酸三甘肽）以及与它们具有相同类型的晶体。
铁电性微观结构
位移型转变的铁电体：这类铁电晶体的转变是与一类离子的亚点阵相对于另一亚点阵的整体位移相联系。属于位移型铁电晶体的有BaTiO3、LiNbO3等含氧的八面体结构的双氧化物；
有序-无序型转变的铁电体：其转变是同离子个体的有序化相联系的．有序-无序型铁电体包含有氢键的晶体，这类晶体中质子的运动与铁电性有密切关系。如磷酸二氢钾（KDP）及其同型盐就是如此。
铁电性维度模型
“一维型”――铁电体极性反转时，其每一个原子的位移平行于极轴，如BaTiO3；
“二维型”――铁电体极性反转时，各原子的位移处于包含极轴的平面内，如NaNO2；
“三维型”――铁电体极性反转时在所有三维方向具有大小相近的位移，如NaKC4H4O6·4H2O。
铁电性起源
对铁电体的初步认识是它具有自发极化。铁电体有上千种，不可能都具体描述其的机制，但可以说自发极化的产生机制是与铁电体的密切相关。其自发极化的出现主要是晶体中原子（离子）位置变化的结果。已经查明，自发极化机制有：氧八面体中离子偏离中心的运动；氢键中运动；氢氧根集团择优分布；含其它离子集团的分布等。
一般情况下，自发极化包括二部分：一部分来源于离子直接位移；另一部分是由于电子云的形变，其中，离子位移极化占总极化的39%。
当前关于铁电相起源，特别是对式铁电体的理解已经发展到从频率变化来理解其铁电相产生的原理，即所谓“理论”。
铁电性性能特征
铁电性电滞回线
铁电体的电滞回线
电滞回线(ferroelectric hysteresis loop)是铁在外作用下运动的宏观描述。铁电体的极化随着电场的变化而变化，极化强度与外加电场之间呈非线性关系。
当电场施加于晶体时，沿的电畴扩展，晶体极化程度变大；而与电场反平行方向的电畴则变小。这样，极化强度随外电场增加而增加，如图中OA段曲线。
在电场很弱时，极化线性地依赖于电场，此时可逆的畴壁移动占主导地位。当电场增强时，新畴成核，畴壁运动成为不可逆的，极化随电场地增加比线性快。
当电场强度继续增大，达到相应于B点的值时，使晶体电畴方向都趋于电场方向，类似于单畴，极化强度趋于饱和。由于感应极化的增加，总极化仍然有所增加（BC段）。
此时再增加电场，P与E成（类似于单个弹性），将这线性部分外推至E=0时的情况，此时在纵轴上的截距称为饱和极化强度或Ps。实际上Ps为原来每个单畴的自发极化强度，是对每个单畴而言的。
如果自图中C处开始降低，晶体的极化强度亦随之减小。在零电场处，仍存在极化，称为剩余极化强度Pr（remanent polarization）。这是因为电场减低时，部分由于晶体内应力的作用偏离了。但当E=0时，大部分电畴仍停留在极化方向，因而宏观上还有剩余极化强度。由此，剩余极化强度Pr是对整个晶体而言。
当反向电场继续增大到某一值时，剩余极化才全部消失，此时电场强度称为矫顽场Ec（coercivefield）。反向电场超过Ec，极化强度才开始反向。如果它大于晶体的击穿，那么在极化强度反向前，晶体就被击穿，则不能说该晶体具有铁电性。
以上过程使电场在正负饱和值之间循环一周，极化与电场地关系如曲线所示，此曲线称为电滞回线。[1]
由于极化的非线性，铁电体的介电常数不是常数。一般以OA在原点的斜率来代表介电常数。所以在测量介电常数时，所加的外电场（测试电场）应很小。
另外，有一类物体在转变温度以下，邻近的晶胞彼此沿反平行方向自发极化。这类晶体叫。反铁电体一般宏观无剩余极化强度，但在很强的外电场作用下，可以诱导成铁电相，其P-E曲线呈双电滞回线。反铁电体也具有临界温度-反铁电居里温度。在居里温度附近，也具有介电反常特性。
极化温度的高低影响到电畴运动和转向的难易。矫顽和饱和场强随温度升高而降低。极化温度较高，可以在较低的极化电压下达到同样的效果，其电滞回线形状比较瘦长。
环境温度对材料的晶体结构也有影响，可使内部自发极化发生改变，尤其是在相界处（晶型转变温度点）更为显著。若温度超过居里温度，铁电性消失。
b）极化时间和极化电压
电畴转向需要一定的时间，时间增长，极化充分，电畴定向排列更加完全，同时，也具有较高的剩余极化强度。
极化电压加大，电畴转向程度高，剩余极化变大。
c）晶体结构
同一种材料，单晶体和多晶体的电滞回线是不同的。如单晶体的电滞回线很接近于矩形，Ps和Pr很接近，而且Pr较高；陶瓷的电滞回线中Ps与Pr相差较多，表明陶瓷多晶体不易成为单畴，即不易定向排列。
铁电性介电特性
铁电体具有以下介电特性：非线性、高介电常数[2]
（1）非线性
铁电体的非线性是指介电常数随外加电场强度非线性地变化。从电滞回线也可看出这种非线性关系。在工程中，常采用交流电场强度Emax和非线性系数N～来表示材料的非线性。
非线性的影响因素主要是材料结构。可以用的观点来分析非线性。当所有电畴都沿外电场方向排列定向时，极化达到最大值。在低电场强度作用下，电畴转向主要取决于90°和180°畴壁的位移。
（2）高介电常数
钙钛矿型铁电体具有很高的。纯的介电常数在室温时约1400；而在(20℃)附近，介电常数增加很快，可高达。室温下εr随温度变化比较平坦，这可以用来制造小体积大容量的陶瓷电容器。为了提高室温下材料的介电常数，可添加其它钙钛矿型铁电体，形成。在实际制造中需要解决调整居里点和居里点处介电常数的峰值问题，这就是所谓“移峰效应”和“压峰效应”。
铁电性压峰效应
压峰效应是为了降低居里点处的介电常数的峰值，即降低ε-T非线性，也使工作状态相应于ε-T平缓区。例如在BaTiO3中加入CaTiO3可使居里峰值下降。常用的压峰剂（或称展宽剂）为非铁电体。如在BaTiO3加入Bi2/3SnO3，其几乎完全消失，显示出直线性的温度特性，可认为是加入非铁电体后，破坏了原来的内电场，使减弱，即铁电性减小。
铁电性峰移效应
在铁电体中引入某种添加物生成固溶体，改变原来的和离子间的相互联系，使居里点向低温或高温方向移动，这就是“移峰效应”。其目的是为了在工作情况下（室温附近）材料的和温度关系尽可能平缓，即要求居里点远离室温温度，如加入PbTiO3可使BaTiO3居里点升高。
铁电性晶界效应
陶瓷材料晶界特性的重要性不亚于晶粒本身特性的。例如BaTiO3，由于晶界效应，可以表现出各种不同的半导体特性。
铁电性应用
铁电性信息存储
基于铁电性中的电滞现象，可利用铁电畴在电场下反转形成高极化电荷，或无反转形成低极化电荷来判别存储单元是在 ”1”或 “0” 状态，进而制作。[3]
铁电性光学元件
由于铁电体有剩余极化强度，因而可用于图象显示。当前已经研制出一些透明铁电陶瓷器件，如显示器件、光阀，全息照相器件等，就是利用外加电场使铁电畴作一定的取向，当前得到应用的是掺镧的锆钛酸铅（）透明铁电陶瓷以及Bi4Ti3O12铁电薄膜。
由于铁电体的极化随E而改变。因而晶体的折射率也将随E改变。这种由于外电场引起晶体折射率的变化称为。利用晶体的电光效应可制作光调制器、晶体光阀、电光开关等光器件。当前应用到激光技术中的晶体很多是铁电晶体，如LiNbO3、LiTaO3、KTN（钽铌酸钾）等。
铁电性电子元件
强非线性铁电陶瓷可以用于制造电压敏感元件、介质放大器、脉冲发生器、稳压器、开关、频率调制等方面。已获得应用的材料有BaTiO3-BaSnO3，BaTiO3-BaZrO3等。
利用半导体陶瓷的晶界效应，可制造出边界层（或晶界层）电容器。如
耿桂宏．材料物理与性能学：北京大学出版社，2010
殷福星, 谷南驹. 铁电体陶瓷的晶体结构及介电特性[J]. 材料科学与工程学报, -33.
斯科特．铁电存储器：清华大学出版社，2004您所在位置： &
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高储能密度介电材料研的究进展.pdf 7页
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高储能密度介 电材料的研究进展／黄佳佳等
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D=eE(e为介电常数)，介电常数与电场无关，D与E呈线性关
40 ；在军事应用方面，坦克、电磁炮、定向能武器、电气化发射
系。储能密度可表示为：
平台以及综合全 电力推
正在加载中，请稍后...研究发现新型介电质&&可储存能量且高温下表现良好
&&&&来源：&&&&
原标题：研究人员发现新型介电质
　　7月30日的《自然》介绍了一种新型高分子介电质（可被电极化的绝缘体），它能够储存能量并且在高温下也可以表现良好。这种材料被认为有广泛的应用前景，例如混合动力车、电动车和太空动力系统。
　　美国宾夕法尼亚州立大学的一个研究团队描述了一种由含有氮化硼纳米膜的高分子混合材料制成的介电质材料。这种新材料的性能超过了现有的高分子介电质，可以在高达250摄氏度的环境下正常工作。另外，这种材料还很轻便、可图案化以及有高度的灵活性，在反复弯折后依然能保持良好的功能性。
　　介电质材料作为电容在电子产品和供电系统上有广泛的应用，但重量是关键，例如太空或者混合动力车的动力系统上，任何可以减轻重量和改善表现的可能都会非常受欢迎。以前很多高分子介电质都受限于在较低的温度下才能工作的性质。以电动车为例，当内部温度达到140摄氏度时，需要一个额外的降温系统才能保证一切工作正常。这个额外的系统增加了车的重量，而且也抵消了使用高分子介电质的优势――高分子介电质的密度比传统的陶瓷材料要低。研究者表示这种新型材料可以改变严苛条件下密集能源模块和电力电路的建造过程。（张章）
(责编：许景（实习生）、马丽)
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人 民 网 版 权 所 有 ，未 经 书 面 授 权 禁 止 使 用
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by .cn. all rights reserved刘韩星Adv. Mater.综述：结构均匀和不均匀的电介质及其储能性能
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摘要: 【引言】 为了使电容器能容纳的电荷最大，电介质需要有高介电常数和高电介质击穿电压。目前，大功率应用的商业化的电介质主要是聚合物或者陶瓷，它们的能量密度很低。先进的电容器的电压应高达千伏级别，能量密度在1 ...
　　为了使电容器能容纳的电荷最大，电介质需要有高介电常数和高电介质击穿电压。目前，大功率应用的商业化的电介质主要是聚合物或者陶瓷，它们的能量密度很低。先进的电容器的电压应高达千伏级别，能量密度在15-30J/cm3，放电时间小于1μs。可以用于高能量密度的电容器的电介质有几种，但每种都有各自的局限性。陶瓷的介电常数高，但击穿强度低，聚合物和玻璃刚好相反。介电常数和击穿强度不能同时提高，因此，增加陶瓷、聚合物和玻璃的这两个参数不可行。在过去几年，纳米复合材料被用来开发新的介电材料，例如陶瓷基复合材料、玻璃基复合材料和聚合物基复合材料。然而，如何利用复合材料每种组分的优点，避免它们的电性能、热性能和机械性能的局限性，这是一个挑战。近日，武汉理工大学的刘韩星教授（通讯作者）等人对电介质及其储能性能的研究进展进行了综述，并以“Homogeneous/Inhomogeneous-Structured Dielectrics and their Energy-Storage Performances”为题发表在Advanced Materials期刊上。
综述总览图
图1 不同材料的能量密度
一.储能电介质的表征
1. 工作原理和测试方法
　　对于电容器来说，电介质通过利用电场来获得储存电能的特性。电容器由两块导电的极板和中间的介电层组成。当电容器充电的时候，电能被储存在电介质里。电容器的储能能力和电容有关，电容决定于电介质的形状和介电常数。
　　在外加电压的作用下，电介质内发生电极化，导致导电的极板表面积累电荷。当积累的电荷引起的电势和外加电压相等时，充电结束。电容可以被定义为电荷关于电压的增量变化。
　　电介质的能量密度可以通过公式计算获得。对于介电常数高的电介质来说，能量密度也可以通过计算得到（Emax是最大电场强度，εr是相对介电常数，ε0是真空介电常数）。对于电介质的能量效率来说，Jreco是图2蓝色区域的积分，Jloss是图2绿色区域的积分。线性电介质的能量密度可以用0.5ε0εrE2计算，但非线性电介质的不能这样计算。
图2 极化强度-电场强度回线
2. 极化强度-电场强度迟滞回线
　　线性电介质的极化强度和电场强度几乎呈线性关系，击穿强度高，滞后损失少，极化强度低。然而，在电场的作用下，晶界界面积累了大量空间电荷，其电场强度接近最大电场强度，同时漏电电流更高，导致形成有损耗的迟滞回线。和线性电介质相反，铁电体的极化强度以及相对介电常数和电场强度呈现非线性关系。铁电体的饱和极化强度大，电子击穿强度适中，然而，铁电材料的纳米颗粒可以被引入到击穿强度高的材料中来提高有效介电常数。反铁电体是另一种有前景的储存能量的材料。它的极化强度-电场强度回线有两个明显的迟滞的特征，因此它的能量密度比铁电体和线性电介质的高。
图3 三种电介质的极化强度、相对介电常数和电场强度的关系示意图
二.先进的高能储存电介质
1. 结构均匀的电介质
（1）顺电体电介质
　　和铁电体相比，顺电体有这些特征：相对低的介电常数，低介电损失，高介电击穿强度，用来储能很有前景。在顺电体中，含有钛的陶瓷，例如 TiO2、CaTiO3&和SrTiO3，已经作了深入研究。
　　TiO2有望作为能量密度高的电介质，通过引入玻璃类添加剂可以提高击穿强度。单晶TiO2的击穿强度比多晶TiO2的高。纳米晶体TiO2的击穿强度随着晶粒尺寸的减小而增加。然而，纳米晶体TiO2的击穿强度在脉冲条件下较低。总的来说，这些TiO2基电介质的能量密度近似于1 J cm−3，因此应用在高能电容器所受到的关注受到限制。
　　SrTiO3被广泛使用在用于集成电路的电子器件。SrTiO3的阳离子价态不变和非铁电体行为促进了它在高电压中的应用。尽管击穿强度的理论上限达到1600 kV mm−1，但通过传统加工方法得到的电介质的击穿强度只有8–20 kV mm−1，因此需要不同的方法提高能量密度，例如取代反应、用低熔点添加剂组成复合材料和非化学计量比的组成。
　　由于CaTiO3基固溶体击穿强度高，储能行为和温度无关，最近对CaTiO3基固溶体的研究引起了高能量储存应用极大的关注，然而CaZrO3能带隙大，并且由于出色的稳定性和导电率低而适合在高温下使用。尽管CaZrO3击穿强度高，但介电常数低，因此可回收的能量密度也低。0.8CaTiO3–0.2CaHfO3固溶体利用了CaTiO3高介电常数和CaHfO3能隙大的优点。它的单介电层结构的电容器的能量密度在100°C以上急剧降低，通过掺杂Mn能显著提高高温下的能量密度。
（2）铁电体电介质
　　顺电体电介质的电容和介电常数较低。陶瓷电容器的电容可以通过利用铁电体和特定的氧化物的混合物来提高。这些电介质的介电常数比顺电体的高很多，但或多或少存在非线性特征，在高频下损失更大，击穿强度相对较低。铁电体陶瓷有望取代氧化铝和聚合物薄膜电解电容器，但它的一个常见的缺陷是在高储能器件中击穿强度较低。没有缺陷、高纯度的铁电体理论上的击穿强度很高，但实际上大多数铁电体的击穿强度很低。
　　陶瓷电容器的铁电体电介质的能量密度可以通过调控它们的电子性质来优化。掺杂改性是调控铁电材料电子性质的一种方法，因此很多阳离子被引入到钛酸钡中。其中，钛酸锶钡由于介电常数高、泄漏电流低、介电常数或者极化强度可调控而有望用于陶瓷器件。
　　由于弛豫铁电体结构混乱，因此能量密度高的电介质的发展聚焦在了弛豫铁电体上。它的高介电常数和平滑的极化强度-电场强度迟滞回线都有利于电能的储存。尽管弛豫行为最初在BaTiO3–BaSnO3体系中被发现，但随后大部分研究聚焦在基于铅和基于铋、没有铅的体系中。基于铋、没有铅的固溶体由于介电常数适中和击穿强度高引起了研究者很大的兴趣。对于基于铅的弛豫铁电体来说，(Pb,La)(Zr,Ti)O3膜有望用于高功率能量的储存。
图4 不同尺寸的钛酸锶钡的极化强度和电场强度的关系示意图
（3）反铁电体电介质
　　反铁电体有望用于电子器件，这是因为其静电能密度比铁电体和线性电介质高。更特别的是，它在低电场下介电损失小。因此，反铁电体能储存大量电能，放电速率较快。这是稳定在电偏压下以大的交流脉动电流运行的电子器件极有吸引力的特征，也是高功率电容器的基本要求。在现在的反铁电体体系中，PbZrO3基反铁电体引起了很大的关注，得到了深入研究。反铁电体有三种形式：巨大形态、薄膜、厚膜。巨大形态的反铁电体储能密度低，应用在电容器所受到的关注受到限制。自从使用放电等离子体烧结技术后，得到的反铁电体的电场强度和可回收的能量密度比使用固相烧结的要高。反铁电体膜由于能量密度高，有潜能用于高能量电容器。最近，反铁电体膜主要聚焦在改性PbZrO3上。大部分改性PbZrO3膜能量密度相当高。
2. 结构不均匀的电介质
（1）陶瓷基电介质
　　材料结构设计可以作为开发具有令人满意的储能性能的电介质的方法，例如介电体超晶格、分层结构和核-壳结构。在过去二十年，人工电介质超晶格引起了很大的关注。电介质超晶格可能由两种不同的介电材料或者介电材料和非介电材料层层交替组成，形成所谓的异质结构。实际上，超晶格被广泛应用在薄膜技术中。分层结构的BaTiO3–SrTiO3体系的烧结性比BaTiO3和SrTiO3好。这种体系的电子性质可以通过电介质层的空间构型调控。核-壳结构也可以调控电介质的功能性质。先进材料的开发可以通过把核、壳两种组分的性质结合来实现。在铁电陶瓷中加入玻璃粉可以形成核-壳结构，适当地加入玻璃可以改善储能性能。
图5 钛酸钡和二氧化硅的复合材料的极化强度和电场强度的关系示意图及其透射电镜图像
（2）玻璃基电介质
　　玻璃基陶瓷复合材料是另一种可用于高能电介质的材料。它们把用传统方法烧结的反铁电体陶瓷的特殊性质和玻璃的与众不同的特征结合起来，前者有利于介电常数或极化强度的提高，后者有利于介电击穿强度的提高。
（3）聚合物基电介质
　　和陶瓷相比，聚合物的介电击穿强度高，这对储能性能很重要。聚偏二氟乙烯基聚合物由于介电常数较高被广泛研究。然而，尽管它的击穿强度高，但纯聚合物的能量密度的进一步提高依然受到相对较低的介电常数的限制。现在有很多方法可以调控聚合物纳米复合材料的性质。