科學(xué)家發(fā)現(xiàn)鐵電薄膜如何既“柔”又“彈”
2020年06月01日 10:55 11542次瀏覽 來源： 中科院 分類： 新材料前沿 作者： 張行勇
柔性電子技術(shù)正帶來一場智能可穿戴技術(shù)革命，而鐵電材料將在柔性電子領(lǐng)域扮演重要角色。鐵電材料是一種具有自發(fā)極化，且能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械能和電能轉(zhuǎn)換的功能材料。但塊體鐵電氧化物表現(xiàn)出一定脆性和剛性，如何在鐵電薄膜中實(shí)現(xiàn)超彈性和柔性，并將其應(yīng)用在柔性電子器件中是目前亟待解決的問題。
聚焦此關(guān)鍵科學(xué)問題，西安交通大學(xué)教授劉明、丁向東課題組合作，對鐵電單晶薄膜材料柔性和彈性的力學(xué)行為進(jìn)行了深入研究，并取得了重大突破。
他們采用水溶性的Sr3Al2O6作為犧牲層，制備并剝離出大面積的自支撐BaTiO3（BTO）單晶鐵電薄膜，通過納米機(jī)械臂對其進(jìn)行原位彎曲實(shí)驗，發(fā)現(xiàn)BTO薄膜能夠?qū)崿F(xiàn)180°折疊，其承受的最大彎曲應(yīng)變高達(dá)~10%。實(shí)驗還發(fā)現(xiàn)在對其進(jìn)行大角度壓縮后，隨著外力撤去，BTO薄膜的形狀能夠回彈，展現(xiàn)出超彈性行為。進(jìn)而采用原子模擬計算發(fā)現(xiàn)，BTO薄膜的超彈性可能起源于鐵電納米疇在大應(yīng)變梯度下a和c鐵電疇的可逆翻轉(zhuǎn)。同時在a和c鐵電疇之間產(chǎn)生了極化的連續(xù)翻轉(zhuǎn)，有效降低能量勢壘，避免了因為疇翻轉(zhuǎn)而可能導(dǎo)致的斷裂。另外在彎曲狀態(tài)下，大應(yīng)變梯度也將誘導(dǎo)出顯著的繞曲電效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)基于力電耦合的功能器件一體化，從而進(jìn)一步加強(qiáng)基于柔性單晶鐵電薄膜相關(guān)器件的功能性。
基于以上研究結(jié)果，可以預(yù)期其他鐵電體中也存在類似力學(xué)行為，為其他鐵電單晶薄膜中實(shí)現(xiàn)超彈性提供了實(shí)驗依據(jù)。此外，具有超彈性的柔性鐵電薄膜也是良好的電場調(diào)控介質(zhì)，將其與柔性鐵電薄膜復(fù)合，可避免傳統(tǒng)多鐵薄膜異質(zhì)結(jié)中存在的襯底束縛作用，并顯著提高磁電耦合效應(yīng)，為未來開發(fā)新型小電場可調(diào)的柔性磁電器件奠定基礎(chǔ)。
責(zé)任編輯：陳巖
如需了解更多信息，請登錄中國有色網(wǎng)：fu-jin.com了解更多信息。
中國有色網(wǎng)聲明：本網(wǎng)所有內(nèi)容的版權(quán)均屬于作者或頁面內(nèi)聲明的版權(quán)人。
凡注明文章來源為“中國有色金屬報”或 “中國有色網(wǎng)”的文章，均為中國有色網(wǎng)原創(chuàng)或者是合作機(jī)構(gòu)授權(quán)同意發(fā)布的文章。
如需轉(zhuǎn)載，轉(zhuǎn)載方必須與中國有色網(wǎng)（ 郵件：cnmn@cnmn.com.cn 或 電話：010-63971479）聯(lián)系，簽署授權(quán)協(xié)議，取得轉(zhuǎn)載授權(quán)；
凡本網(wǎng)注明“來源：“XXX（非中國有色網(wǎng)或非中國有色金屬報）”的文章，均轉(zhuǎn)載自其它媒體，轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息，并不構(gòu)成投資建議，僅供讀者參考。
若據(jù)本文章操作，所有后果讀者自負(fù)，中國有色網(wǎng)概不負(fù)任何責(zé)任。
