无铅铁电材料在长周期热释电能量转换中增强的功能可逆性

铁电材料通常表现出随温度变化的自发极化，即热释电性，可用于将环境低品位废热直接转换为电能。当利用材料的结构相变时，转换能力可被放大，从而器件性能可提升数个数量级。然而，常见铁电氧化物在循环相变过程中会出现机械疲劳与功能退化，阻碍了能量转换器件的广泛应用。本文中，我们通过晶格调控与晶粒粗化研究材料的机械与功能可逆性。我们发现无铅化合物 Ba(Ce$_{0.005}$Zr$_{0.005}$)Ti$_{0.99}$O3-0.10(Ba$_{0.7}$Ca$_{0.3}$)TiO$_3$ (BCZT-0.10BCT) 凭借其晶格参数满足所有现存相之间的相容条件，使相变高度可逆。我们证明了具有等轴粗晶粒的能量转换器件表现出优异的抗疲劳性，在 3,000 次能量转换循环中保持 4$\mu$A/cm$^2$ 的稳定热释电电流输出。我们的工作为制备高性能材料开辟了新途径，推动了热释电能量转换在工程中的实际应用。