研究人员确定起源超高压电响应Relaxor-Ferroelectric固溶体晶体

压电铁电材料是一个属性出现在一个应用电场可以引起机械反应,应用机械力可以产生电流。亚博网站下载铁电材料是用于广泛的工业应用亚博网站下载,从振动传感器、传感器、电容器和超灵敏的红外摄像机通过超声波和声纳。

现在,一个国际研究小组的研究人员可能已经解决了长期存在的谜为什么极强的压电响应表现出某些铁电晶体。这项研究是由宾夕法尼亚州立大学。

在1997年,Thomas r .乔舒亚,现在高级科学家和宾夕法尼亚州立大学的材料科学与工程教授,和已故的Seung-Eek公园报道r亚博网站下载elax亚博老虎机网登录or-ferroelectric固溶体已知最高的晶体压电响应。这种晶体具有压电反应,远高于任何其他已知的铁电材料。

有很多机制提出解释其超高压电响应,但没有人提供一个满意的解释所有的实验观察和测量与高反应有关。没有公司的理解底层机制,很难设计新材料更高的压电响应。亚博网站下载

范,在材料科学与工程博士后学者,宾夕法尼亚州立大学亚博网站下载亚博老虎机网登录

李是一个在《自然》杂志上最近发表的一篇文章的第一作者通讯试图解释这一现象。

然而,一个普遍的共识已经达成的科学界,叫做极地nanoregions负责张弛振荡器晶体的压电响应高,李说。

一个极性nanoregion指的是一个水晶的内部存在一个空间区域。以净电极化和具有纳米级尺寸(5 - 10海里)。有很多这样的小区域中任意分布在空间张弛振荡器晶体。

锆钛酸铅、钛)是另一种流行的压电材料,缺乏极性nanoregions,但更大的铁电域极化的制服。研究人员着手证明极地nanoregions实际上导致了高的压电响应,和更重要的是,建立机制,帮助创建如此高的反应。

超低的实验进行了低温下(50 - 150 K),使团队从极地nanoregions隔离反应,继续保持活跃在该温度范围内,从那些高的压电响应通常接近铁电相变的发生。

“我们通过实验观察到显著增强relaxor-ferroelectric晶体的压电响应50 - 150 K的温度范围内。这种增强占50 - 80%的室温压电,”资深作者,现张说,宾夕法尼亚州立大学的材料科学与工程教授(现在伍伦贡大学)。亚博网站下载亚博老虎机网登录

我们认为实验观察到增强极地nanoregions的存在。利用相场模型,我们首先证明了这个重要的增强起源于极地nanoregions,即。,增强缺席没有这些极地nanoregions的存在,然后演示了极地nanoregions帮助产生超高响应。我们建议的机制是能够成功地解释所有实验测量和观察与高反应有关。这项工作是实现梦想的重要一步发现新的压电材料的设计。亚博网站下载

龙青Chen资深作者和唐纳德•哈默尔的材料科学与工程教授,宾夕法尼亚州立大学亚博网站下载亚博老虎机网登录

值得注意的是

“然而,应该注意的是,我们的模型是一个中尺度模式,这是一个中间的规模。PNRs的原子论的起源仍然是一个悬而未决的问题,因此深入研究仍需进一步澄清极地nanoregions在原子尺度的贡献。事实上,我们正在进行的工作重点是理解量子机制的极地nanoregions压电响应,“陈先生说。

导致了自然通讯的国际集团,名为“超高Relaxor-Ferroelectric固溶体的压电晶体的起源,”包括来自宾夕法尼亚州立大学材料研究所的科学家和宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系亚博网站下载;亚博老虎机网登录澳大利亚伍伦贡大学;西安交通大学,中国;高压科学与技术先进的研究中心,中国;亚博老虎机网登录美国华盛顿卡内基研究所的;美国TRS技术;西蒙弗雷泽大学、加拿大。

这项研究是由美国国家科学基金会,美国海军研究办公室,办公室中国博士后委员会、陕西亚博老虎机网登录省自然科学基金,国家自然科学基金、111项目,和美国能源部。