단결정 이완형(릴랙서) 강유전체(relaxor ferroelectrics, RFEs)는 높은 분극, 슬림한 히스테리시스, 우수한 항복파괴 강도를 제공하여 첨단 유전체 에너지 저장에 이상적이다. 그러나 납-무함유 단결정을 대량으로 합성하는 일은 여전히 어렵다. 본 연구에서는 용융염(molten-salt) 전략을 이용하여 Ca를 도핑한 Ca‐doped (K 0.432 Na 0.528 Li 0.04 ) 1‐x Ca 4x/3 Nb 1‐x/3 O 3 (KNLN‐xCa, x = 0, 0.01, 및 0.03) 단결정 마이크로큐브를 합성하고, 결정 대칭성과 결함 농도를 조절할 수 있음을 제시한다. KNLN‐0.01Ca 단결정은 100 kV cm −1 에서 회복 가능한 에너지 밀도 2.66 J cm −3 및 효율 78.7%를 갖는 이완형 거동을 나타낸다. 반면에 도자(세라믹) 상응물은 고전적 강유전 특성을 보이며, 이는 결정화 경로의 핵심적 역할을 강조한다. 배향 부착(oriented attachment) 동안 전위(dislocation) 구동에 의한 나노도메인 형성이 화학적 무질서와 무관하게 이완형 거동을 유도하는 주된 메커니즘으로 규명된다. KNLN‐0.01Ca 마이크로큐브를 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 매트릭스에 통합하면, 항복파괴 강도 350 kV cm −1 , 회복 가능한 에너지 밀도 5.76 J cm −3 , 효율 88%를 갖는 유연 복합 커패시터가 제작된다. 펄스 방전(pulsed discharge) 조건에서, 해당 장치는 빠른 방전 시간(≈20 ns)과 높은 전력 밀도(70 MW cm −3 )를 바탕으로 1.4 J cm −3 의 방전 에너지 밀도를 제공한다. 이러한 결과는 결정학적으로 설계된 결함-조절(defect-modulated), 공정-확장 가능한 경로를 통해 차세대 유연 에너지 저장 소자용 고성능 납-무함유 RFEs를 구현할 수 있음을 보여준다.

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