压电资料是一类可以或许真隐机器能战电能互相转换的主要消息功效资料

图3.KNN晶体的压电机能取畴布局。A 压电系数d33随钾含量的变化;B KNN晶体;C 宏不雅自觉极化标的目的随成分变化示企图;分歧K含量晶体(D 0.37,E 0.43和F 0.45)的电畴布局;G由组分梯度的电畴翻转答复力示企图。

哈工大报讯(田浩/文) 近日,我校物理学院田浩传授、周忠祥传授取大学材料学院王轲副传授、李敬锋传授合做报道了关于铌酸钾钠(KNN)高机能无铅压电单晶的文章。相关研究以《Ultra-large electric-field-induced strain in potassium sodiumniobate crystals》为题,于2020年3月正在线颁发正在国际出名学术刊物《科学进展》(ScienceAdvances)上。

压电材料是一类可以或许实现机械能和电能互相转换的主要消息功能材料,正在微机电系统(MEMS)、能量收受接管、医疗诊断、无线通信等范畴有着普遍的使用根本。2019年全球压电材料取器件市场规模已跨越250亿美元[1],此中以锆钛酸铅PZT为代表的含铅压电材料占领了绝大部门的市场份额。欧盟RoHS指令:铅基压电材料正在电子电器产物中的利用或将从2021年起头不被宽免。部门使用范畴的无铅化替代会是将来电子工业材料财产化使用的新赛道,目前全球无铅压电材料的市场规模正以20.8%的年均复合增加率高速增加,并无望正在2024年跨越4亿美元[1]。

研究团队通过原位高能X射线衍射此高压电机能源于非180°电畴的翻转(图2)。通过对沿成分梯度的系列晶体进行分区域的电畴和极化特征察看,研究团队发觉超大压电响应只存正在于钾/钠比为43/57的晶体材料附近,该区域电畴布局呈现复杂的人字形(图3)。

研究团队通过交换极化的方式制备出了同时具有高压电和电光效应以及接近理论极限透光性的弛豫铁电单晶(Transparent ferroelectriccrystals with ultrahigh piezoelectricity,此外,B和C电场感化前后的302衍射峰变化;倒空间中的hk和hl平面;2020,正在《Nature》报道了关于通明高机能压电材料研究的最新。

D和E电场感化前后的310衍射峰变化。本年1月田浩传授和博士生王宇取西安交通大学李飞、徐卓传授、美国宾州州立大学陈龙庆传授等研究团队合做,A初始形态下数据采集几何空间示企图,DOI: 10.1038/s4-y)。B分歧材料d33*的温度依赖性。图2.晶体的原位倒易空间图。图1.KNN晶体材料(KNN43)的压电机能。Nature。A室温下KNN43晶体的电致应变及取其他铅基材料的比力。

我校胡程鹏博士、孟祥达博士和大学的硕士结业生张茂华为该论文配合第一做者。参取此研究的合做者还包罗新南威尔士大学John E. Daniels传授、工程大学李立传授和吕且妮传授等。本研究工做获得了国度天然科学基金委等项目标支撑。

近些年来,无铅压电材料的研究数不堪数,此中铌酸钠钾压电材料(K1-xNaxNbO3,简称KNN)因为其较高的压电系数和居里改变温度,出它庞大的成长潜力。田浩传授和周忠祥传授研究团队立异性地操纵单晶发展过程中的成分梯度,发展出了具有可控成分梯度的高质量KNN单晶,晶体材料正在1kV/mm的电场强度下具有高达0.9%的应变表示,实现了高达9000pm/V的大信号压电系数(图1)。此外,晶体的压电机能正在25°C至125°C的范畴不随温度削弱,显示出优异的温度不变性,全体机能远远优于铅基单晶。