1 云南农业大学 理学院，云南 昆明 650201
2 云南大学 信息学院，云南 昆明 650091
3 云南农业大学 大数据学院（信息工程学院），云南 昆明 650201
提出了由“田”字型狄拉克半金属（BDS）谐振器和钛酸锶（STO）组成的双调谐“完美”超材料吸波体并进行数值仿真。结果表明：当BDS费米能量为40 meV、STO温度为400 K时，吸波体在2.613 1 THz处吸收率达到了99%。同时，当BDS费米能量和STO温度改变时，可实现吸波体吸收频率和吸收率大小的动态双调谐。此外，分别利用了耦合模理论（CMT）和等效电路模型（ECM）从理论上分析了吸波体的性能。最后，进一步讨论了模型各参数改变时，吸波体吸收光谱的变化规律。这为双调谐滤波器、吸波体的设计提供了理论依据。
吸波体 狄拉克半金属 钛酸锶 双调谐 absorber Dirac semimetal strontium titanate dual-tunable
中国矿业大学材料与物理学院，江苏 徐州 221116
冷烧结(CSP)工艺是近年来新兴的一种高效、节能的材料方法。本工作采用CSP工艺，制备出致密度不低于97%的(1-x)BNT-xNN电介质陶瓷。研究了CSP工艺和NaNbO3含量对(1-x)BNT-xNN复相陶瓷的密度、相结构、显微形貌和介电性能的影响。结果表明：CSP工艺由于烧结温度低、保温时间短，可以显著降低晶粒尺寸，有效抑制Bi、Na等元素挥发，从而提高介电常数，降低介电损耗。随着NaNbO3含量的增加，(1-x)BNT-xNN复相陶瓷的剩余极化强度显著降低，并且介电常数的温度稳定性显著提升。当x=0.3时，0.7BNT-0.3NN陶瓷样品在25 ℃至400 ℃宽温范围内介电常数的变化率小于±6%，介电损耗小于5%，这表明CSP技术制备的(1-x)BNT-xNN陶瓷有望应用于温度稳定性陶瓷电容器。
冷烧结 介电常数 介电损耗 钛酸铋钠 高效节能 cold sintering dielectric constant dielectric loss bismuth sodium titanate efficient and energy saving
1 北京科技大学材料国家级实验教学示范中心北京 100083
2 北京科技大学材料科学与工程学院，北京 100083
在自然环境中，机械振动能具有普遍性、多样性、无污染和易收集等优点，在各种形式的能量中占有一席之地，利用压电纳米发电机收集机械振动能可为智能化功能电子器件的供电问题提供一个可行的解决办法。本研究利用无铅钛酸钡(BaTiO3)纳米颗粒、碳纳米管和聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行复合，制备成BaTiO3/PDMS和BaTiO3/PDMS/C基压电纳米发动机。结果表明：随着BaTiO3含量的增加，BaTiO3/PDMS基压电纳米发动机输出信号呈现先增加后减少的现象，且在BaTiO3含量为12%时取得最优输出信号，其输出电流为42 nA、输出电压为18 V。此外，碳纳米管的引入有利提升BaTiO3/PDMS基压电纳米发动机的输出信号，且在碳纳米管含量为2%时BaTiO3/PDMS/C基压电纳米发动机取得最优输出信号，其输出电流为73 nA、输出电压为19 V。研究表明BaTiO3/PDMS/C基压电纳米发动机在自供电微电子可穿戴设备等领域具有较大的应用潜力。
钛酸钡 纳米发动机 压电 复合材料 barium titanate nanogenerator piezoelectric composite materials
1 1.武汉大学 土木建筑工程学院, 武汉 430072
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
铁电陶瓷的力学性能直接决定了其加工性能和铁电器件的可靠性。目前, 无论是实验还是理论报道的压电陶瓷材料的断裂韧性都与30年前的报道接近, 限制了压电器件在高可靠性要求的情况下的应用。本研究试图揭示可用于优化铁电陶瓷断裂性能的参数。利用单轴压缩方法、裂纹尖端张开位移(Crack-tip opening displacement, COD)技术和单边V型缺口梁(Single-side V-notch beam, SEVNB)技术分别测定三种典型PZT陶瓷的应力-应变曲线、本征断裂韧性和长裂纹断裂韧性。结果表明, 本征断裂韧性与材料的杨氏模量正相关, 说明提高铁电体的杨氏模量是提高其本征韧性的有效途径。长裂纹断裂韧性与本征韧性和非本征铁弹性畴变/相变增韧有关, 说明优化铁电陶瓷的铁弹翻转行为可以改善其非本征效应。软掺杂PZT相较于硬掺杂PZT具有较低的矫顽应力和较高的残余应变, 呈现较强的铁弹性翻转和较高的屏蔽韧性; 在不同PZT材料中观察到的断裂模式也被认为与材料不同的铁弹性翻转行为有关, 软PZT陶瓷呈现沿晶断裂, 铁弹性翻转较弱的硬PZT呈现穿晶断裂。综上所述, 优化铁电材料的杨氏模量和铁弹翻转行为有望提升其断裂韧性。
锆钛酸铅 裂纹尖端断裂韧性 铁弹性畴翻转 单边V型缺口梁 lead titanate zirconate crack-tip fracture toughness ferroelastic domain switching single-edge V-notch beam
太原理工大学 纳米能源与器件研究中心, 山西 太原 030024
该文通过两步水热法制备了钛酸钡纳米线(BTO NWs), 采用旋涂法与聚偏氟乙烯(PVDF)复合制备BTO NWs/PVDF复合薄膜。系统地研究了水热反应中不同NaOH浓度、不同反应时间及不同BTO NWs掺杂量对BTO NWs/PVDF复合薄膜压电输出性能的影响, 并与商用钛酸钡纳米球(BTO NPs)制备的BTO NPs/PVDF复合薄膜进行了压电性能对比。结果表明, 当NaOH浓度为10 mol/L, 反应时间为10 h时, BTO NWs/PVDF复合薄膜开路电压和短路电流分别可达5.42 V和1.81 μA。当BTO NWs掺杂量(质量分数)为20%时, 复合压电薄膜的开路电压可达9.34 V, 短路电流可达2.15 μA, 分别是BTO NPs/PVDF复合薄膜输出电压和电流的1.92倍和1.49倍。当负载电阻值为5 MΩ时, BTO NWs/PVDF复合薄膜输出功率可达1.44 μW。经过4 000次循环敲击测试, BTO NWs/PVDF复合薄膜表现出良好的机械稳定性, 其有望在自供电器件、柔性可穿戴电子设备等领域得到广泛应用。
钛酸钡纳米线(BTO NWs) 聚偏氟乙烯(PVDF) 复合压电薄膜 输出特性 barium titanate nanowires (BTO NWs) polyvinylidene fluoride (PVDF) composite piezoelectric films output characteristics
强激光与粒子束
2023, 35(10): 105003
Author Affiliations
Abstract
1 Electronic Materials Research Laboratory, Key Laboratory of the Ministry of Education & International Center for Dielectric Research, School of Electronic Science and Engineering, Xi’an, P. R. China
2 State Key Laboratory for Mechanical Manufacturing System, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, P. R. China
Lead-free piezoelectric sodium bismuth titanate (()TiO3, BNT) thin films were epitaxially grown onto (001)-, (110)-, and (111)-oriented Nb:SrTiO3 (STO) single crystal substrates prepared by sol–gel processing. Highly oriented growth in (001), (110), and (111) BNT thin films was obtained in this work benefiting from the lattice match between the BNT film and the STO substrate. The different growth models in thin films with various orientations result in various surface morphologies dependent on the film orientation. The piezoresponse of the BNT thin films was represented exhibiting a strong orientation dependence that (110)>(001)>(111). This is contributed by the various domain switching contribution related to the crystal symmetry and polarization distribution in the three oriented thin films.
Sodium bismuth titanate lead-free orientation dependence thin films piezoelectric properties Journal of Advanced Dielectrics
2023, 13(4): 2341003
国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，杭州 310000
近年来，高功率、高能量密度的电容器成为新的研究热点，其在脉冲功率系统小型化和轻量化的发展中具有重要意义。本工作以BaTiO3-Bi(Mg0.5Zr0.25Ti0.25)O3固溶体为研究对象，致力于提高BaTiO3基陶瓷材料的储能密度，系统探究了不同含量的Bi(Mg0.5Zr0.25Ti0.25)O3对BaTiO3基陶瓷材料微观结构以及介电、铁电和储能性能的影响。采用标准固相烧结法制备出致密的(1-x)BaTiO3-xBi(Mg0.5Zr0.25Ti0.25)O3 (x=0.03、0.06、0.1、0.3、0.4)陶瓷。通过调整预烧及烧结条件，获得了陶瓷的最佳烧结工艺。随着x的增大，(1-x)BaTiO3-xBi(Mg0.5Zr0.25Ti0.25)O3陶瓷的室温晶体结构由四方相转变为立方相，同时材料从正常铁电体逐渐转变为弛豫型铁电体，介电常数峰值展宽，并在室温至500 ℃的温度范围内基本保持稳定。采用修正的Curie-Weiss定律和Vogel-Fulcher关系对陶瓷介电弛豫行为进行了深入分析。在极化特性方面，Bi(Mg0.5Zr0.25Ti0.25)O3成分的加入能够显著降低剩余极化强度(Pr)，增大介电强度，使电滞回线变细长，并使电滞回线中电场对极化的积分面积变大，从而使材料的储能密度得到提高。材料的最大储能密度大致呈先升高后降低的趋势，储能效率从75.08%提高到92.35%，并且在x=0.1时获得了最高的储能密度0.8 J/cm3 (储能效率为88.97%)。
钛酸钡 储能介质陶瓷 弛豫型铁电体 介电性能 储能特性 barium titanate dielectric energy storage relaxor ferroelectrics dielectric properties energy storage properties
弛豫铁电材料因具有高的介电常数和压电系数而广泛应用于致动器、换能器等领域。实际使用中往往需要施加大信号激励驱动谐振，因此了解掌握大信号激励下的谐振特性变化极为重要。然而，目前这方面的研究却少有文献报道。针对这一问题，以二步氧化物固相反应法制备了高压电性Pb0.9625Sm0.025［(Mg1/3Nb2/3)0.71Ti0.29］O3陶瓷材料，用本人搭建的大信号谐振响应测试系统研究了驱动场幅值和温度对径向谐振特性的影响。结果表明：低驱动场下谐振响应能保持单一谐振峰直至完全退极化，但随着驱动场的增大谐振响应变得复杂，即使在低温也呈现多个谐振峰。谐振特性的变化与机械品质因子Qm、铁电宏畴尺寸及相组成密切相关，低Qm材料在大驱动场下产生的内热加速了宏畴裂解并引发了二级铁电相变。谐振特性的不稳定及较大谐振频率温度系数限制了Sm改性PMN-PT弛豫铁电陶瓷的应用，尤其是在大信号下。
弛豫铁电陶瓷 铌镁酸铅-钛酸铅 大信号 径向谐振响应 relaxor ferroelectric ceramics lead magnesium niobate-lead titanate large signal radial resonant responses
