近日，物理科学与信息工程学院刘才龙教授团队在固体氧化物燃料电池（SOFC）固态电解质BaZrO₃在高压强作用下的载流子输运行为研究方面取得重要进展，研究成果以“Pressure-induced negative capacitance and enhanced grain boundary conductivity in nanocrystalline solid electrolyte BaZrO₃（ 纳米晶固体电解质BaZrO₃的压致负电容和增强的晶界电导率）”为题发表在物理类权威期刊《Applied Physics Letters》（《应用物理快报》为中科院二区Top期刊，Nature Index收录）上。2020级物理学专业硕士生段素素为文章第一作者，王庆林副教授、刘才龙教授为论文通讯作者，聊城大学为第一通讯单位。

BaZrO₃作为质子传导型固态电解质，因其较高的离子电导率而备受关注。然而，晶界电导率低限制了其应用。压力可以有效的调控BaZrO₃材料中O^2-离子的输运性能，从而更好地理解其构效关系。本工作中，刘才龙教授团队与清华大学、烟台大学、江苏师范大学等单位合作，通过基于DAC的高压原位交流阻抗谱测量技术，结合第一性原理计算，系统研究了纳米和亚微米BaZrO₃在高压下的电输运行为。研究发现，在整个压力范围内，两种样品都存在离子-电子混合传导。值得注意的是，在纳米BaZrO₃的四方相中发现了压力诱导的负电容现象，这与晶界的空间电荷层和晶粒的电致伸缩应变有关。高压下，纳米BaZrO₃的晶界电导率提高了4个数量级，且伴随着相变其阻抗响应从常相角元件转变为理想电容。纳米BaZrO₃的介电常数实部在0.1Hz处随频率急剧增加，且从负值转变为正值，表现出类等离子体的Drude行为。这一研究结果有助于更好地理解质子传导型固态电解质高压下的导电机理，并为BaZrO₃基SOFC载流子输运研究及介电性能的优化设计提供了新思路。

该工作得到了山东省高等学校青创科技计划、国家自然科学基金、山东省泰山学者计划、山东省自然科学基金、山东省高等学校青创人才引育计划等项目的资助。

文章链接：https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0136690

（审稿：王明红）