- 怎么查询SCI论文的收录号? 59
- 关于常见的学术会议主题有哪些呢? 20
- 关于Open Medicine版 44
- 清华大学地学系关大博团队合作量化 76
- 《Journal of Acup 47
- 关于林业虫害论文发sci英文技巧 57
- 北京大学深圳研究生院潘锋/杨卢奕 46
- 发表论文为什么会经常被拒稿 75
- 北京高压科学研究中心在下地幔高温 27
- 工程硕士研究生论文查重率要求 52
- 关于水电工程方向论文题目借鉴及期 53
- 与农业电气化相关的中文核心期刊有 58
- 本科毕业论文还会被二次查重吗? 56
- 《中华口腔医学研究杂志(电子版) 36
- 关于学术会议摘要的一些特点和要素 62
- 宁夏大学人文学院 22400
- 上海来溪会务服务有限公司 22410
- 北京怡养科技有限公司 23426
- 四川普莱美生物科技集团有限公司 22388
- IAASE 7382
- 中国医师协会泌尿医师分会 23370
- 华汉广告公司 20383
- 武汉市cse主办 17382
- 中国科学院青海盐湖研究所 20384
- RH 7386
- 总参工程兵科研三所 17465
- 天九伟业集团 17389
- 中纤网 23406
- 云南师范大学 7400
- 中国计量学院 1396
- 武汉创世源电气 17395
- 北京大学 20383
- 上海士研传媒 23359
- 中国海洋石油总公司 23380
- ds 17378
材料学院研究团队在高性能无铅压电陶瓷材料领域取得进展
2024/04/24
压电陶瓷材料可实现电能与机械能的相互转换,是信息通讯、生物医疗、军工国防等领域中核心器件的关键材料。高性能环境友好型无铅压电陶瓷是国际上功能材料的重要科学前沿和技术竞争焦点之一。目前,以铌酸钾钠(KNN)体系为代表的无铅压电陶瓷的压电常数(d33)已经可以媲美含铅压电陶瓷,并在超声雾化、水声换能等领域逐步替代传统铅基压电陶瓷。尽管如此,人们对无铅压电陶瓷压电响应增强的物理机制仍然认识有限,严重限制了其功能特性的进一步调控。此外,在大功率工作条件下,材料的介电、压电和弹性性能参数往往受到非线性响应的限制,器件性能也易受高频机械损耗引起的发热所限制。因此,如何协同提高无铅压电陶瓷的机械品质因数(Qm)与d33是其面向大功率实际应用的重要科学挑战。
为阐明KNN基无铅压电陶瓷优异压电响应的来源,清华大学材料学院王轲研究员等与国内外合作,通过精细的成分调控设计并制备了一系列组分位于正交-四方相界附近的KNN陶瓷。用高能原位变电场同步辐射、高分辨透射电子显微镜等表征手段,系统研究了高性能KNN材料的本征相结构以及材料在原位电场下的结构-性能关系。研究表明,材料优异的机电耦合响应不仅与正交-四方的铁电两相共存结构有关,更与该能量相近的两相在电场的扰动下发生可逆相转变紧密相关。相变诱导的剧烈体积变化,在{200}晶体学方向上贡献了高达1250 pm/V的等效压电常数,该场致相变是材料呈现优异压电性能的重要原因。这项工作揭示了除晶格应变和铁电畴翻转机制之外的一种全新机制,对提高压电材料的机电耦合性能,进一步调控钙钛矿材料的功能特性有重要指导意义。
图1.原位同步辐射表征揭示无铅压电陶瓷高压电响应物理机制:场致相变引发的体积变化贡献特殊晶体学方向上的超高应变
上述成果以“(K,Na)NbO3基压电陶瓷中相变引发超高压电响应的起源”(Deciphering the phase transition-induced ultrahigh piezoresponse in (K,Na)NbO3-based piezoceramics)为题,近日发表在国际期刊《自然·通讯》(Nature Communications)上。清华大学材料学院硕士毕业生张茂华(2022年5月获德国达姆施塔特工业大学博士学位)为文章的第一作者。清华大学王轲研究员、西安交通大学张楠教授、西南民族大学吴波副教授为文章的共同通讯作者。论文的重要合作者还包括清华大学李敬锋教授,达姆施塔特工业大学尤尔根•罗德尔(Jürgen Rödel)教授、张洪彬教授,卡尔斯鲁厄理工学院曼努埃尔•欣特施泰因博士(Manuel Hinterstein)等。
另一方面,受制于压电材料Qm与d33此消彼长的制约关系,KNN陶瓷的大功率输出一直难以有效提高。为此,研究团队提出了利用调节氧空位浓度协同优化压电陶瓷各项优值参数的新策略,成功实现了在d33几乎保持不变的基础上Qm提升60%以上。高分辨透射电镜原子像表明,氧空位会引起晶格畸变与应力失配,可在保持本征压电贡献的同时抑制畴壁运动,从而有效平衡压电材料的Qm与d33。此外,该方法不引入受主离子,故而消除了受主掺杂改性方法中缺陷偶极子翻转带来的本征损耗。基于脉冲驱动法的大功率测试结果显示,经过氧空位优化的KNN陶瓷,其Qm在大功率工况下的服役稳定性明显优于目前报道的同类材料。这项研究为今后功能材料的缺陷设计和性能调控提供了新的思路,在水声探测、先进制造、健康医疗等领域有着重要的应用价值。
图2.探索提高无铅压电陶瓷大功率输出新途径:KNN陶瓷的氧空位缺陷设计与电学性能协同调控
上述成果以“无铅压电材料单一氧空位硬化”(Isolated-Oxygen-Vacancy Hardening in Lead-FreePiezoelectrics)为题,发表在国际知名期刊《先进材料》(Advanced Materials)上。清华大学材料学院2017级博士生刘亦轩(已于2022年6月获博士学位)为文章的第一作者。清华大学李敬锋教授、王轲研究员以及北京大学口腔医院韩冰教授为文章的共同通讯作者。论文的重要合作者还包括西安交通大学武海军教授、中国工程物理研究院研究生院徐贲副研究员以及乌镇实验室的龚文博士等。
以上两项工作均得到了国家自然基金委科学中心项目、重点项目,以及科技部国家重点研发计划等项目的支持。
文章来源清华大学新闻,分享只为学术交流,如涉及侵权问题请联系我们,我们将及时修改或删除。
清华大学药学院杨悦课题组发综述论文阐释新型流感疫苗的研发挑战与监管应对
浙江大学林世贤研究员团队在遗传编码脂化修饰系统的开发及其生物医药应用研究方面取得新进展
人工智能研究院朱松纯、朱毅鑫教授团队在机器人自主规划有效的工具使用策略方向取得重要进展
陈鹏/樊新元团队与合作者开发生物正交“色氨酸脱笼”技术助力上万潜在蛋白的特异激活
北京大学深圳研究生院余珂团队发表挖掘微生物“暗物质”的方法学及应用系列研究成果
北京大学物理学院李源课题组与合作者对钴基六角蜂窝晶格磁性材料的中子散射研究
第四届计算机图形学、图像与虚拟化研究国际会议(ICCGIV 2024)(2024-05-17)
第九届机电控制技术与交通运输国际学术会议(ICECTT 2024)(2024-05-24)
2024年教育政策与实践研讨会(ICEPP 2024)(2024-05-24)
第三届机电一体化与机械工程国际会议(ICMME2024)(2024-05-24)
2024年电子器件、传感控制技术与光学机械工程国际学术会议(EDSCTOE 2024)(2024-05-25)
第十四届地质和地球物理学国际会议(ICGG 2024)(2024-05-31)
2024年食品工程与农业科学国际会议(ICFEAS 2024)(2024-06-02)
2024年第三届网络、通信与信息技术国际会议(CNCIT 2024)(2024-06-07)
第十届机械工程、材料和自动化技术国际会议(MMEAT 2024)(2024-06-21)
2024年先进机器人,自动化工程与机器学习国际会议(ARAEML 2024)(2024-06-28)
2024年应用力学与工程国际学术会议(ICAME 2024)(2024-5-25)
2024物联网和信息工程国际研讨会(ISITIE 2024)(2024-6-25)
2024年第六届应用数学,模型及模拟国际会议(AMMS 2024)(2024-6-23)
2024城市规划、建设与发展国际会议(ICUPCD 2024)(2024-5-20)
2024年第六届计算机视觉与模式识别国际会议(CCVPR 2024)(2024-8-30)
2024年力学、物理学与应用数学国际学术会议(ICMPAM 2024)(2024-5-21)
2024年第七届机械、系统与控制工程国际会议 (ICMSC 2024)(2024-11-20)
2024年第十届通信和信息处理国际会议(ICCIP 2024)(2024-11-21)
2024年科学教育与社会心理学国际会议(ICSESP 2024)(2024-6-23)
2024半导体、物理与电子技术国际学术会议(ICSPET 2024)(2024-6-28)