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纳米孔洞促进铁弹畴结构的压电响应(Physical Review Materials)
发布者: 丁向东 | 2020-11-08 | 1128

 

纳米孔洞促进铁弹畴结构的压电响应
 
       铁弹块体材料因晶体结构对称性的约束，缺乏有效的压电响应。近些年，铁弹孪晶畴界被证实存在一定的对称性变化，具有局域极性。基于Kittle’s 定律，铁弹薄膜材料的畴界密度可以得到大幅度提升。外部电场激励下，高密度极性孪晶畴界在畴空间协同作用，可以产生一定的宏观压电响应。然而，该复杂孪晶畴的压电系数很小，缺乏一定的应用价值。近些年，通过调控畴界形貌改善多铁材料的机电耦合性能成为热点，纳米孔洞作为一类常见的缺陷，可以调控铁性畴结构的形核过程，进而影响畴翻转后的形貌。然而，有关孔洞调控畴结构机电耦合性能的工作却鲜有报道。本研究以一般的铁弹材料为研究对象，通过引入不同静电状态的纳米孔洞，利用纳米孔洞调控铁弹畴结构形貌，纳米孔洞与极性孪晶畴界网络的强相互作用可以大幅度提高铁弹材料的宏观压电响应。最大压电系数可以达到d~10-1pm/V，相较于未经孔洞调控的复杂孪晶畴结构，压电系数提升了1600多倍。压电响应提升的具体机制可以归纳为：电场与带电纳米孔洞内表面强相互作用，诱发较大的局域非均匀应变；该局域非均匀应变可以通过铁弹畴界网络联系为一个整体，畴界发挥“软桥梁”的作用将局域应变有效的传递至宏观尺度。

 

 

 

该研究成果近日以《纳米孔洞提升铁弹孪晶畴结构的压电响应》（Enhanced piezoelectricity in twinned ferroelastics with nanocavities）为题，发表于凝聚态物理领域的国际著名期刊Physical Review Materials上。英国剑桥大学地球科学系Salje教授，西安交通大学材料学院丁向东教授，李苏植教授为本文通讯作者，博士生卢广明为第一作者，参与工作的还有西安交通大学材料学院的孙军教授。西安交通大学为本文的第一作者单位和通讯作者单位。

该研究得到了国家自然科学基金，“111”引智计划等项目的共同资助，相关计算在西安交通大学校级高性能计算平台及英国剑桥大学高性能计算平台共同完成。

     论文链接：https://journals.aps.org/prmaterials/abstract/10.1103/PhysRevMaterials.4.074410

 

 
 
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