脉冲功率技术，是国防、医疗、能源等领域的“硬核”技术——它需要在毫秒甚至微秒内释放巨大能量，比如电磁轨道炮、癌症治疗加速器、电网故障快速隔离。这些场景对储能器件的要求极高：既要能量密度高（存得多），又要功率密度大（放得快）。电介质电容器是理想选择，但储能密度长期徘徊在较低水平，成为制约脉冲功率系统小型化的核心瓶颈。

香港理工大学刘丽莎教授、香港城市大学张淑娟教授，携手中国科学院上海硅酸盐研究所等团队，想出了一个“热处理”的解法——将钛酸锶（SrTiO₃）薄膜在弱还原气氛中进行热循环氮化处理。这种方法在薄膜中引入了少量氮离子（N³⁻）掺杂，在铁电材料内部“钉扎”出方向一致、可随电场快速翻转的小极化区（纳米畴），在不降低击穿场强的同时大幅提升了可释放的极化能量，储能密度和效率双双翻倍。

成果于2026年8月27日发表于《科学》。

储能密度从13.7 J/cm³提升至30.7 J/cm³（提升124%），储能效率从65%提升至82%，并在100万次循环后性能保持稳定。

给铁电材料“充氮”注入能量

钛酸锶（SrTiO₃）是一种典型的“顺电”材料，但在靠近室温时，通过化学掺杂可以诱导出“铁电性”。掺杂离子（如Nb、La）提供的额外电子可以在材料内部诱导出局域的极性纳米微区，这些微区在施加电场时可以翻转，贡献额外的极化能量。

团队没有采用传统掺杂，而是用热循环氮化处理——在氮气/氩气混合气氛中，将SrTiO₃薄膜从室温反复加热到约500°C并快速冷却。这个过程中，少量氮离子（N³⁻）扩散进入晶格，替代氧位。因为氮离子比氧离子多一个负电荷，它的引入会产生额外的局域电场，像“钉子”一样把周围原子拉向特定方向，形成稳定且易于翻转的纳米极性畴。氮离子形成的“钉扎中心”既不阻碍畴翻转（保证效率），又不引入导电缺陷（保住击穿场强），同时大幅增加了可释放的极化能量。

Figure 1（热循环氮化处理示意与薄膜结构）

性能：双倍储能，百万次稳定

经过优化的热循环氮化薄膜，在3000 kV/cm的电场下，储能密度达到30.7 J/cm³，相比未处理样品的13.7 J/cm³提升了124%。储能效率则从65%提升至82%。在100万次充放电循环后，储能性能几乎无衰减。

双倍储能+大幅增效+超高稳定性——三个指标同时显著提升，在以往的电介质储能研究中极为罕见。

Figure 2

论文信息：Thermal cycling-induced nitriding increases energy-storage density in titanate ferroelectric films，Science，2026，

DOI: 10.1126/science.aeb5274

总结：

热循环氮化处理将N³⁻掺入SrTiO₃晶格→在铁电材料内部形成极性纳米畴钉扎中心→增强可释放极化能量而不降低击穿场强→储能密度从13.7 J/cm³提升至30.7 J/cm³（+124%）、效率从65%提升至82%→百万次循环稳定→为脉冲功率电容器提供新策略。