典型的固态电介质材料由于具有极高的充放电速率和良好的抗疲劳性能,使其成为超高速脉冲功率器件的首选材料。然而,电介质储能器件与电池类和电化学电容器类储能器件相比储能密度相对较低,因此极大限制了其在储能领域的应用。为了实现电介质储能器件更为广泛的应用,提高其储能密度势在必行。其中,反铁电材料作为一种典型的电介质材料,由于在反铁电-铁电(antiferroelectric-ferroelectric,AFE-FE)相变过程中可形成较高的储能密度,因此在电介质储能领域受到广泛重视。但目前的反铁电材料仍然存在电击穿强度差、能量损耗大等缺点,未达到理想的应用状态。本论文采用化学溶液沉积(CSD,Chemical Solution Deposition)法制备了锆酸铅(PbZrO₃,PZO)基反铁电薄膜。通过Au纳米粒子复合、Ca²⁺掺杂和构建烧绿石相纳米晶结构的方式,显著提升了 PZO基反铁电薄膜的微结构、电学性能和储能性能,并对其改性机理进行了细致的分析讨论,具体内容如下:1.Au纳米粒子复合对PZO反铁电薄膜储能性能的影响采用CSD法在Pt(111)/Ti/SiO₂/Si基板上制备了 Au-PZO反铁电纳米复合薄膜,系统地研究了 Au的摩尔比对其微结构、电学性能和储能性能的影响。结果表明,在Au-PZO纳米复合薄膜中,当Au的摩尔比为1 mol%时,Au纳米粒子均匀分布于钙钛矿相PZO基体中,在其周围会产生局域电场,使得其最大极化强度有明显提升。此外,Au的引入使得PZO反铁电薄膜的场致相变具有弥散性,优化了其相变行为。因此,在电场为600 kV/cm时,Au-PZO纳米复合薄膜的可循环储能密度和效率分别达到10.8 J/cm³和60%,相比于纯的PZO薄膜提升了42%和25%。结果表明,在反铁电材料中添加适量的贵金属纳米粒子是改善其储能性能的有效方法。2.Ca²⁺掺杂对PZO反铁电薄膜储能性能的影响离子掺杂是一种提高材料储能性能的效果显著且简单易行的方法,但所选择的离子种类和数量以及提高材料储能性能的原因仍有待进一步研究。本工作采用CSD法在Pt(111)/Ti/SiO₂/Si基板上制备了不同Ca²⁺掺杂浓度的Pb1-xCaxZrO₃(PCZ)反铁电薄膜,研究了 Ca²⁺浓度对其微结构、电学性能和储能性能的影响。结果表明,随着Ca²⁺浓度的增加,PCZ薄膜的反铁电相稳定性逐渐增强,符合容限因子理论。此外薄膜的致密度也随着Ca²⁺浓度的增加而显著提高,这有利于提升薄膜的电击穿强度。当Ca²⁺的掺杂浓度为x=0.12时,薄膜的电学性能和储能性能最优,在其最大电场2800 kV/cm时,可循环储能密度和效率分别达到50.2 J/cm³和83.1%,相比于纯PZO薄膜提高了 261%和44.8%。因此,在PZO反铁电薄膜中掺杂适量的Ca²⁺是提高其储能性能的有效途径。3.构建烧绿石相纳米晶结构并探究其对(PbCa)ZrO₃薄膜储能性能的影响采用CSD法并通过快速退火方式在Pt(111)/Ti/SiO₂/Si基板上成功制备了Pb_0.88Ca_0.12ZrO₃(PCZ)反铁电薄膜。通过控制退火温度得到了具有不同微结构的PCZ薄膜,并系统地研究了微结构对薄膜电学性能和储能性能的影响。结果表明,在550℃退火的PCZ薄膜基本由烧绿石相的纳米晶结构构成,同时表现出最高的可循环储能密度和效率(91.3J/cm³和85.3%)。其超高的储能性能主要归因于致密的纳米晶结构所导致的电击穿强度的显著提高。此项工作结果有助于阐明储能性能与薄膜微结构之间的关系,从而为提高反铁电薄膜的储能性能提供有效的途径。