以陶瓷-聚合物复合材料为电介质层的静电电容器由于具有高储能密度，低损耗和高的操作电压，是一种理想的能量存储器件，在高频逆变器、IGBT、脉冲功率源和混合电动汽车等电子和电气领域具有广泛的应用。制备高储能密度静电电容器的关键是要实现电介质层材料的高介电常数、高击穿场强和低介电损耗。然而，在这一类复合材料中，随着陶瓷填料的增加，介电常数增加的同时往往会伴随击穿场强的急剧恶化，要同时获得高介电常数和高击穿场强仍然是一个较大的挑战。
傅邱云教授课题组博士后周令针对这一现象，将巨介电陶瓷中半导体晶粒和绝缘晶界存在的Internal barrier layer capacitor (IBLC)效应引入到聚合物基复合材料的设计，制备了半导体核-绝缘壳Fe3O4@BaTiO3的核壳型无机填料，与P(VDF-HFP)复合制备了柔性有机无机复合电介质材料，解决了上述矛盾。该复合材料在添加30 wt%的陶瓷填料时，仍然具有低介电损耗（<0.05 at 1 kHz），同时，由于半导体核-绝缘壳对载流子的散射作用，复合材料在添加10 wt%的核壳填充料时，击穿场强仍可达到2350 kV/cm，并具有高达7.018 J/cm3的储能密度。同时，通过Maxwell-Wagner电容模型很好地解释了该复合电介质的介电特性。该成果发表在ACS Appl. Mater. Interfaces（影响因子7.5）杂志上，博士后周令为第一作者，傅邱云教授为通讯作者。
图一左为Fe3O4包覆前后TEM图片与成份测试，右为材料储能特性
基于核壳包覆结构的CoFe2O4@BaTiO3/P(VDF-HFP)柔性复合材料还具有优越的磁电耦合特性。BaTiO3包覆层大大改善了CoFe2O4微粒在P(VDF-HFP)中的团聚现象，获得了增强的介电常数，铁电极化，降低了介电损耗及漏电流密度，进而得了优越的磁电效应，其磁电电压系数达到1835 mV/cm∙Oe，高于同类文献两个数量级。该成果发表Appl. Phys. Lett.杂志上，博士后周令为第一作者，傅邱云教授和唐霞辉教授为共同通讯作者。
同时具有电、磁以及铁弹有序的多铁性材料以及它们在存储技术上的应用是目前信息存储领域的研究热点。除了以上复合磁电材料的研究，博士生田娅晖在Gd掺杂的BiFeO3单相多铁陶瓷中获得了增强的铁电和铁磁性能，发现BGFO陶瓷和典型的弛豫铁电体有着相似的介电弛豫特性；同时探讨了高温下氧空位在介电和电导行为中作用，通过阻抗谱分析了结构缺陷在晶粒和晶界处的扩散现象。该成果发表在J. Magn. Magn. Mater.杂志上，博士生田娅晖为第一作者，傅邱云教授为通讯作者。
2008年Bibes在Nature Materials上提出的基于多铁异质结交换偏置耦合效应的电写磁读存储器是多铁材料可能应用的典型器件模型。电写磁读存储器用电压写入信息方式取代目前磁随机存储器的电流写入方式，可极大减少写入能量，是下一代超低功耗存储技术领域重要研究方向。硕士生王超宏在NiFe2O4/BiFeO3异质结中观测到了室温下的交换偏置效应以及自旋玻璃态，极大地提高了交换偏置体系的截止温度。该成果也发表在J. Magn. Magn. Mater.杂志上，硕士生王超宏为第一作者，傅邱云教授为通讯作者。
以上工作得到了国家自然科学基金面上项目“用于磁电存储器的室温可逆电场调控多铁异质结交换偏置效应研究”的支持。
文章链接：
[1] Multiple Interfacial Fe3O4@BaTiO3/P(VDF-HFP) Core-Shell-Matrix Films with Internal Barrier Layer Capacitor (IBLC) Effects and High Energy Storage Density. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017,9, 40792−40800.
[2] Self-assembled core-shell CoFe2O4@BaTiO3 particles loaded P(VDF-HFP) flexible films with excellent magneto-electric effects.Appl. Phys. Lett., 2017, 111, 032903.
[3] Impedancespectroscopyandferromagneticpropertiesof Bi0.8Gd0.2FeO3. J. Magn. Magn. Mater. 435 (2017) 154–161
[4] Exchange bias in spin-glass-like NiFe2O4/BiFeO3 heterojunction at room temperature. J. Magn. Magn. Mater. 449 (2018) 372-377.
