摘要：介电电容器对于现代电力和电子系统至关重要，准确评估其介电性能至关重要。然而，在许多现有的报道中，电极附近的边缘效应和测试电路中的寄生电容常常被忽略，导致介电性能被高估。

介电电容器对于现代电力和电子系统至关重要，准确评估其介电性能至关重要。然而，在许多现有的报道中，电极附近的边缘效应和测试电路中的寄生电容常常被忽略，导致介电性能被高估。

2025年1月11日，中国科学技术大学李晓光教授、殷月伟教授、沈胜春教授在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Overrated energy storage performances of dielectrics seriously affected by fringing effect and parasitic capacitance》的研究论文，博士生丁崧、博士生贾江恒、硕士生徐博为论文共同第一作者，李晓光教授、殷月伟教授、沈胜春教授为论文共同通讯作者。

李晓光，中国科学技术大学教授，国家杰青（1994）。1982年本科毕业于安徽大学，1985年和1989年在中国科学院固体物理研究所获硕士和博士学位，随后在中国科学技术大学从事博士后研究，1990年加入中科大，曾先后在日本东京大学（日本学术振兴会研究员）、香港理工大学、香港大学、日本东京工业大学从事科学研究工作。1993年晋升为中国科学技术大学教授。

李晓光教授的研究兴趣为1.多铁性薄膜、异质结构及相关非易失性存储器件、自旋电子学；2.高Tc化合物和锰酸盐材料的微观结构、电子和磁性能；3.纳米结构材料的电、磁和热电性质。

他在高水平国际学术期刊发表文章400篇，其中包括Nature Materials、Nature Commn.、Adv. Mater.、Phys. Rev. Lett.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Edit.等刊物，论文被引用9000次。

殷月伟，中国科学技术大学教授，国家杰青。2007年和2012年在中国科学技术大学获得学士和博士学位，博士期间在宾州州立大学被联合培养。2012-2017年先后担任中科大特任助理研究员、特任副研究员，在此期间先后在宾州州立大学、内布拉斯加大学林肯分校从事博士后研究。2017年担任中科大特任教授。

殷月伟教授目前研究方向为铁电与介电；磁电耦合与多铁性；信息存储和存算一体。共发表第一/(共同)通讯作者论文60余篇。

沈胜春，中国科学技术大学特任教授，国家优青。2010年本科毕业于天津师范大学，2016年博士毕业于北京师范大学。2016-2021年在清华大学从事博士后研究，随后留校担任一年的助理研究员。2022年加入中科大，2025年晋升为特任教授。

沈胜春教授目前的研究方向为磁电耦合和多铁性材料、自旋电子学、强关联功能氧化物薄膜。 近年来，他主要在功能氧化物材料的物性调控、材料设计及信息存储功能等相关方面开展研究，并取得了一定进展，相关成果已发表在Nat. Mater.、Phys. Rev. X、PNAS、Nat. Common.、Adv. Mater.等期刊上。

这里，作者从实验和理论上研究了边缘效应和寄生电容对不同电介质（包括Al2O3、SrTiO3等）的严重影响。对于使用不同面积的不对称电极的电容器和具有较低电介质的测量，偏差更为严重，并且需要注意介电常数以及硅油和空气环境中测试的差异。

为了保证介电性能测量的准确性，作者还提出了校准测试电路寄生电容的方法。增大电极直径和/或减薄样品可以减少上述偏差，因此研究团队提出了设置电容器配置的通用标准以保证测量有效性。

研究表明，有必要减轻边缘效应并减去寄生电容，来解决高估介电性能的问题，这对于介电研究的健康有序发展非常重要。

图1：不同电极直径样品的击穿强度和能量密度

图2：不同d/t比样品的测量介电常数

图3：空气和硅油中具有非对称电极的Al2O3样品的测量介电常数

图4：不同d/t比Al2O3电容器的FEM模拟

图5：不同介电常数样品的FEM模拟

图6：根据FEM模拟的测试精度控制标准

图7：寄生电容对电位移-电场曲线的影响

综上，作者研究了介电电容器的介电性能评估中边缘效应和寄生电容的影响，通过实验和理论方法对不同电介质（如Al2O3、SrTiO3等）进行了深入分析，提出了校准测试电路寄生电容的方法，并提出了设置电容器配置的一般标准以确保测量的有效性。

这项研究通过减少边缘效应和寄生电容的影响，能够更准确地评估电介质的介电常数和能量存储密度，这对于电介质材料的研究和开发至关重要，为介电研究的健康和有序发展提供了重要的理论和实验基础，避免了因测量误差导致的错误结论和资源浪费。

该研究在材料设计与开发、电子系统应用、标准化测试等方面都具有应用潜力。

Ding, S., Jia, J., Xu, B.et al. Overrated energy storage performances of dielectrics seriously affected by fringing effect and parasitic capacitance. Nat Commun16, 608 (2025).

来源：华算科技