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原位透射助力研究納米材料高溫下持續(xù)撓曲電效應(yīng)

閱讀:1418        發(fā)布時間:2020/8/26
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    具有反轉(zhuǎn)極化特性的材料廣泛應(yīng)用于存儲器件,傳感器,致動器和換能器中。電介質(zhì)的極化可以由不同的誘導(dǎo)因素誘導(dǎo)產(chǎn)生,例如通過壓電機械應(yīng)變誘導(dǎo)。與僅存在于非中心對稱晶體結(jié)構(gòu)中的壓電效應(yīng)不同,撓曲電效應(yīng)存在于所有的晶體介電材料中。為了拓展介電材料的應(yīng)用范圍,現(xiàn)在關(guān)于撓曲電效應(yīng)的研究原來越多。

    從材料的角度來講,與壓電材料相比較,撓曲電材料有應(yīng)用溫度區(qū)間廣、更加有利于環(huán)境變化等優(yōu)勢。因此撓曲電材料在傳感、驅(qū)動方面呈現(xiàn)出的優(yōu)良特性,使其在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域具有很大應(yīng)用前景。而且在新型應(yīng)變梯度傳感器、新型壓電復(fù)合材料、新型加速度傳感器等方面的應(yīng)用前景非常廣闊。撓曲電效應(yīng)早是在液晶領(lǐng)域進(jìn)行研究,現(xiàn)在其研究已經(jīng)廣泛分布于鐵電材料、半導(dǎo)體材料以及生物材料等領(lǐng)域。

    來自德國達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)的Leopold Molina-Luna研究團(tuán)隊近期發(fā)表于Nature Communications雜志上的文章“Enabling nanoscale flexoelectricity at extreme temperature by tuning cation diffusion”中報道了一種意外現(xiàn)象,即在溫度下出現(xiàn)類似疇結(jié)構(gòu)的納米區(qū)域(DLNR),該現(xiàn)象就是由于撓曲電效應(yīng)產(chǎn)生的。為了通過實驗觀察DLNR的形成,作者通過將透射電子顯微鏡(TEM)與DENSsolutions的熱電耦合原位樣品桿做結(jié)合來進(jìn)行實驗。Leopold等人首先將75mol%鈦酸鉍鈉-25mol%鈦酸鍶(NBT-25ST)乙醇懸浮液滴在氮化硅芯片上,在TEM中,設(shè)置升溫程序,通過芯片加熱固態(tài)燒結(jié)得到核-殼結(jié)構(gòu)納米粉體,并通過TEM實時進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征,觀察核-殼結(jié)構(gòu)的整個形成過程。同時,通過芯片上的電極在800°C下施加了高達(dá)±22 kV / mm的電場,測試樣品的撓曲電效應(yīng)并通過高分辨率成像觀察整個反應(yīng)的動力學(xué)過程。全部實驗過程均在同一塊原位芯片上完成。之前關(guān)于塊狀NBT-25ST的大量研究表明,納米疇結(jié)構(gòu)在350℃左右已經(jīng)消失,此次實驗研究中發(fā)現(xiàn)的疇結(jié)構(gòu)在超高溫度800℃下仍穩(wěn)定存在。這一發(fā)現(xiàn)開辟了一門新興的科學(xué),必將推動其他高溫?fù)锨娦?yīng)納米材料的研究和開發(fā)。

了解近的原位技術(shù)進(jìn)展和活動安排。精彩咨詢持續(xù)熱力呈現(xiàn)。

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