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        上海硅酸鹽所等發現鐵電材料電致應變新模式
        發布時間: 2022-10-13 10:16 | 【 【打印】【關閉】

          近日,中國科學院上海硅酸鹽研究所、福建物質結構研究所和澳大利亞皇家墨爾本理工大學的聯合研究團隊在鐵電陶瓷的電致應變研究方面取得重要進展。研究人員通過放電等離子體燒結和傳統固相燒結相結合的方式制備了顯微結構各異的鎢酸鉍鐵電陶瓷,并在織構化鎢酸鉍陶瓷中首次觀察到奇異的回線形應變曲線,最大表觀應變高達0.75%,同時具有良好的循環穩定性,優于絕大多數無鉛鐵電體。值得注意的是,該回線形應變曲線不同于傳統硬性摻雜陶瓷材料中觀察到的不對稱應變-電場曲線,其不對稱方向并不會隨著樣品的翻轉而反轉。通過對測試系統和測試條件的反復驗證,結合壓電響應力顯微鏡觀察和X射線光電子能譜分析,研究人員揭示出該奇異的應變曲線源于陶瓷材料上下表面90°鐵彈疇的不對稱翻轉引起的可逆彎曲變形。該發現不僅為闡明不對稱應變曲線的物理起源提供了新見解,而且為壓電驅動器件的設計提供了新思路。 

          電致應變是指電介質在電場作用下發生彈性形變的現象,這種效應一般比較微弱,但對于鐵電材料而言,其電致應變??蛇_到較高數值(10-3數量級),在高技術領域具有廣泛應用。鐵電材料的電致應變主要來源于本征應變(電致伸縮與壓電響應)和非本征應變(疇反轉與相轉變)的疊加。為提升鐵電材料的電致應變,研究者普遍采用晶體結構調控以及準同型相界設計等策略提升樣品的機電響應特性,實驗測量中常觀察到典型的蝴蝶形應變-電場曲線,對應于材料沿厚度方向的伸縮形變,偶有不對稱應變-電場曲線則多歸因于缺陷或內偏場的影響。 

          相關研究成果以“Giant electromechanical response in layered ferroelectrics enabled by asymmetric ferroelastic switching”為題發表于Materials Today期刊。論文第一作者為何祥博士,通訊作者為易志國研究員。相關工作得到了國家自然科學基金、上海市科委、福建省自然科學基金、中國科學院前沿科學重點項目和中國博士后科學基金等項目的資助。 

          論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.mattod.2022.07.010 

        Bi2WO6陶瓷的晶體結構及顯微結構表征。

        織構化Bi2WO6陶瓷中正常的鐵電滯后回線與反常的應變-電場響應。

        織構化Bi2WO6陶瓷在不同測試模式下的名義應變曲線以及在均勻電場驅動下的形變過程。

        4. 織構化Bi2WO6陶瓷的鐵電疇在電場下的翻轉過程及機理分析。

        5. 織構化Bi2WO6陶瓷電致應變曲線隨溫度和頻率的演化規律。

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