熊仁根教授团队再发Science,柔性压电材料领域又有新突破
发布时间:2019-03-15 13:40:00

熊仁根教授团队再发Science,柔性压电材料领域又有新突破


压电材料,或者说压电行为,是指能够实现电能和机械能相互转化的材料(或行为),见下图1。这一现象早在 1880 年就已经被一对法国物理学家兄弟(Pierre and Paul-Jacques Curie)发现。在我们平时生活中有很多相关应用,比如:你戴的石英表、麦克风以及 “流行了” 很久的语音识别系统都可能应用到压电材料。


图片来源:维基百科


寻找能够实现两种能量之间高效转化的材料是科学家们一直追求的目标。传统压电材料有锆钛酸铅(PZT)、钛酸钡(BTO)等。这些材料的特点是压电系数高,但是可变形能力差,从而大大限制了他们的应用。所以,开发兼具高压电系数和柔韧性的压电材料成为亟待解决的问题。


2017年,熊仁根教授在 Science 刊文(Science 357, 306–309 (2017)),他们团队合成出一种有机-无机杂化钙钛矿材料,TMCMMnCl3,其压电系数达到 185 pC/N,可以和传统陶瓷类压电材料 BTO 相媲美。在这一研究的基础上,熊教授团队又开出发(TMFM)x(TMCM)1–xCdCl3,(其中TMFM是 [Me3NCH2F]+),这一材料的压电系数高达 1540 pC/N,相关结果发表在最新一期的 Science 上(Science 363, 1206–1210 (2019))。


熊仁根教授团队再发Science,柔性压电材料领域又有新突破

▲ 共同第一作者:Wei-Qiang Liao,Dewei Zhao,,Yuan-Yuan Tang,Yi Zhang;通讯作者:Ren-Gen Xiong

DOI:10.1126/science.aav3057


本文亮点


相较于无机固溶体,含有有机成分的固溶体更加难以形成,因为融合过程中涉及取向、旋转以及扭曲等等过程。本文成功合成出了同时含有有机、无机成分的固溶体,并且压电系数很高。


(TMFM)x(TMCM)1–xCdCl3 材料在室温下,通过溶剂挥发合成。不需要高温焙烧,所以其可加工能力和应用环境显著拓展,比如:可以应用到各类基底上。


图文解析


▲ 图1:不同相 (TMFM)x(TMCM)1–xCdCl3 的晶体结构


▲ 图2:(TMFM)x(TMCM)1–xCdCl3 的相转变行为


▲  图3:(TMFM)x(TMCM)1–xCdCl3 的铁电性质


▲ 图4:(TMFM)x(TMCM)1–xCdCl3 的压电、铁电相关性质。


稿件来源: 研之成理
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