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西安交大博士生发现增强弛豫铁电体性能的新机制

2019-09-27

          记者26日从西安交通大学获悉:该校前沿科学技术研究院多学科材料研究中心博士生杨阳和青年教师纪元超副教授在院长任晓兵教授指导下,首次发现了一种能有效增强弛豫铁电体性能的机制,为设计高性能弛豫铁电体材料提供了一种全新思路。该项成果于9月24日在物理学旗舰期刊《物理评论快报》发表。

  铁电材料是一类重要的功能材料,已经被广泛的应用在航空、航天、通信、国防等高科技领域,年产值己达数百亿美元。铁电材料由于发生了从顺电相到铁电相的相变,导致其微观尺度上具有微米铁电畴、宏观尺度上具有铁电性。不同于传统的铁电材料,弛豫铁电材料是一种微观尺度上具有纳米极性微区(PNRs)而宏观尺度上呈现为“顺电相”的材料。由于其与众不同的宏观/微观结构,弛豫铁电材料具有在宽温域下高介电性能和窄滞后电致伸缩等性能, 有望在微位移器、传感器、储能器等应用领域引起革命式的变革。然而,由于宏观尺度上表现为单一“顺电相”的特征,迄今为止,人们没有发现一种能有效增强弛豫铁电体性能的机制,使得弛豫铁电体材料的发展研究陷入了瓶颈。

  杨阳和纪元超等人首次在弛豫铁电体体系中提出了一种全新的物理概念——准同型弛豫体边界(Morphotropic Relaxor Boundary,MRB),并发现其能够数倍增强弛豫铁电体性能。具体表现为:在报道的铌酸钾钠—钛酸钡(KNN-BT)弛豫铁电体体系中,跟非MRB成分相比,MRB成分实现了在超过100摄氏度的宽温域范围内,近1.5倍的介电性能增强以及近3倍的电致伸缩效应的增强。MRB增强弛豫铁电体性能机制,类似于传统铁电材料中的准同型相界增强机制。论文作者发现弛豫铁电体虽然宏观上表现为单一“顺电相”的特征,但是微观尺度上具有不同晶体对称性的PNRs,即存在四方弛豫铁电体(T relaxor)和三方弛豫铁电体(R relaxor)。然后,作者利用的PNRs能够具有不同的对称性,构建MRB,从而在MRB成分处实现了增强弛豫铁电体性能的目标。

  此项成果为开发高性能弛豫铁电体材料提供了新原理和新方法。据悉,这是任晓兵教授团队以西安交大为第一作者单位及通讯作者单位在《物理评论快报》发表的第8篇文章。

来源:中国科技网

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