铁电存储

      铁电体中可翻转的自发化在正反向脉冲电压的作用下能稳定地存在 +Pr 和 –Pr 两个态（即电滞回线特性），对应于计算机逻辑电路中的“1”和“0”。铁电体还具有非挥发性，即使没有从外界输入能量，依旧能够存储写入的信息，因此，具有非挥发性的铁电存储器也逐渐成为诱人的应用之。当，已设计出非挥发性铁电随机存储器 (FeRAM) 和铁电场效应管 (FeFET) 两种铁电存储器，其中 FeRAM 相比于目常用的几种存储器有如下些优点：非挥发性、高速存取、低能耗、高密度、工作温度范围广。这些优异的性能使得铁电随机存储器可应用于多种低电压、低能耗的便携式电子器件中。铁电场效应管 (FeFET)：铁电薄膜直接沉积在场效应管 (FET) 的栅位置，充当半导体内场效应管中的金属电，因 为铁电薄膜的两种化状态，会使源-漏之间的电流出现很大的波动，这样就会读出“1”和“0”，可用电擦写的非破坏性随机存储器 (NDRAM) 也是利用了这个原理。不过，FeFET 中铁电薄膜要和半导体直接接触，界面反应和界面缺陷尚未解决。

铁电储能

      相比传统的化石能源，电能具有更多的优点，如保护环境、使用便捷、可以传输等，就算是现在力吹捧的新能源，也还是要先转化为电能才能使用。人们的日常生活离不开电，伟大的科学技术也离不开电，因此电能不仅会是人类发展的战友，还将会成为工业发展的血

液。

      某些情况下，人们希望可以将能量进行时间压缩，得到高功率的能量脉冲，即需要使用能量时就可以立即释放出来，反之不需要就可以把能量存储起来。日常生活中，我们用的电池是将化学能转换为电能的，因此功率密度小也是在所难免，这将导致不能在某些要求迅速充放电的情况下应用。超电容器虽然有高出般水准的储能密度及功率密度，但是其化 学稳定性不是很高，工作电压和工作温度也处于低水平，因此很难处于高温、高压等环境下工作。相对而言，介质电容器还略胜筹，不仅具有非常高的功率密度，而且制备工艺也不复杂且耐高压。

      储存电能的方式多种多样，我们常用的电池般是通过化学变化来储存电能的，电介质储能却是以物理方式储存电能。从图 1.3（电介质电容器充放电示意图）中可以看出，上下两端空白的矩形代表电容器的两个板，两板间的阴影部分代表电介质，电介质中有许多偶子，用不同的颜色（黑色和灰色）代表偶子两端的电荷。给电容器充电，两板不带电荷，偶子在电介质中的分布也是杂乱无章。充电后，在电场力的作用下，端与电源正相连的板因流失电子而带正电，而另端与负相连的板因获电子而带负电，因此两板间的电场强度会伴随板上电荷的增多而增大，使电介质中的偶子从无向随机分布慢慢变成定向有序分布，而这样分布的偶子就可以发挥储能的作用，会通过电能的形式在放电时释放，随后偶子又会回到原始的无向排布状态，无限循环着充放电的过程。

      储能密度，指单位体积内介质储存起来的能量。就电介质材料而言，电介质中存储的能 量只有释放出来的才有利用价值，然而通常不能释放。因此电介质材料的储能密度，般是指单位体积下材料可以释放出的电能，用 J/cm3 来表示。它可以用以下公式计算：

线性电介质材料的储能密度的表达公式，如下：

      储能效率也相当于电容器内的能量转换效率，然而能量不会以电能的形式放出，部 分能量会转化成热能，这不但会浪费能源，还有可能烧坏电容器。

      虽然介质电容器功率密度高，但其储能密度较小，这严重阻碍了它在储能方面的应用，因此开发新型的高储能密度介电材料是解决这个问题的新思路。