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上海硅酸盐所在新型铁电陶瓷研究方面取得进展

作者:广东11选五5计划网    更新时间:2020-11-27 02:43

  】铁电陶瓷具有储能密度高、放电速度快、贮存性能稳定等特点,在近代科学和高新技术领域中具有重要应用。传统铁电材料中钙钛矿结构的锆钛酸铅(简称PZT)系列是应用面广的铁电材料,也是目前国际上公认的、实现能量存储和爆电换能的理想材料。但是,随着新技术对高性能铁电材料需求的增加和环境友好型社会的发展,探索新型无铅铁电材料体系变得越来越迫切。

  近日,中国科学院上海硅酸盐研究所研究员董显林和王根水带领的研究团队发现了一种新型、高性能、无铅铁电材料(Ag0.935K0.065)NbO3(AKN),该材料比目前所用的含铅铁电陶瓷具有更高的能量存储密度和更好的温度稳定性,可用于能量存储和爆电换能。该项工作提供了一种环境友好的铁电陶瓷材料,相关研究成果发表在Science Advances上,论文第一作者为中科院上海硅酸盐所与澳大利亚国立大学联合培养博士生刘振,王根水和刘芸为文章共同通讯作者,上海硅酸盐所为论文第一单位。

  铁电陶瓷,主晶相为铁电体的陶瓷材料。常见的铁电陶瓷多属钙钛矿型结构,如钛酸钡陶瓷及其固溶体,也有钨青铜型、含铋层状化合物和烧绿石型等结构。铁电陶瓷配方的确定原则:先移后展,有所侧重;单独考虑,综合调整。

  新材料的设计采用AgNbO3(AN)作为反铁电相,KNbO3(KN)作为铁电相构筑铁电反铁电相界,通过改变铁电相KN的含量实现AKN铁电陶瓷性能和相变压力的调控。与传统PZT系列铁电陶瓷相比,AKN铁电陶瓷具有更优异的储能密度和温度稳定性,使其在能量存储和爆电换能应用中具有更优异的综合性能。通过与澳大利亚国立大学教授刘芸团队和美国宾夕法尼亚州立大学教授陈龙庆团队合作,结合透射电镜分析、压力条件下原位中子衍射分析和唯象理论计算,揭示了AKN铁电陶瓷爆电换能行为的物理机制为压力诱导的氧八面体旋转从a-a-c+型转变为a-a-c-/a-a-c+型,这与压力诱导的、不可逆的铁电-反铁电相变有关。

  某些电介质可自发极化,在外电场作用下自发极化能重新取向的现象称铁电效应。具有这种性能的陶瓷称铁电陶瓷。铁电陶瓷具有电滞回线和居里温度。在居里温度点,晶体由铁电相转变为非铁电相,其电学、光学、弹性和热学等性质均出现反常现象,如介电常数出现极大值。1941年美国首先制成介电常数高达1100的钛酸钡铁电陶瓷。

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