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熊仁根教授團隊再發Science,柔性壓電材料領域又有新突破
發布时间:2019-03-15 13:40:00
關鍵詞:動力電池锂電池

熊仁根教授團隊再發Science,柔性壓電材料領域又有新突破


壓電材料,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壓電材料。


圖片來源:維基百科


尋找能夠實現兩種能量之間高效轉化的材料是科學家們一直追求的目標。傳統壓電材料有锆钛酸鉛(PZT)、钛酸鋇(BTO)等。這些材料的特點是壓電系數高,但是可變形能力差,從而大大限制了他們的應用。所以,開發兼具高壓電系數和柔韌性的壓電材料成爲亟待解決的問題。


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,可以和传统陶瓷类壓電材料 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))。


熊仁根教授團隊再發Science,柔性壓電材料領域又有新突破

▲ 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


本文亮點


相較于無機固溶體,含有有機成分的固溶體更加難以形成,因爲融合過程中涉及取向、旋轉以及扭曲等等過程。本文成功合成出了同時含有有機、無機成分的固溶體,並且壓電系數很高。


(TMFM)x(TMCM)1–xCdCl3 材料在室溫下,通過溶劑揮發合成。不需要高溫焙燒,所以其可加工能力和應用環境顯著拓展,比如:可以應用到各類基底上。


圖文解析


▲ 图1:不同相 (TMFM)x(TMCM)1–xCdCl3 的晶体结构


▲ 圖2:(TMFM)x(TMCM)1–xCdCl3 的相轉變行爲


▲  圖3:(TMFM)x(TMCM)1–xCdCl3 的鐵電性質


▲ 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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