高电致应变钛酸铋钠基材料的制备及低场驱动特性研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51902258
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0206.功能陶瓷
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

As the excellent substitutes for polluting lead-based materials, Bismuth Sodium Titanate (BNT) based piezoelectric functional materials with high electrostrain properties are highly demanded for national defense and public livelihood in the field of key electronic components such as drivers. The technical obstacle of their commercial application lies in the high requirement for driving electric field, which also reflects the essential issue that the strain principle and modification mechanism of the system are not clear. This project focuses on the electro-induced strain characteristics of BNT based system. The research on the strain modification optimization and intrinsic mechanism analysis were carried out based on the chemical modification, supported by the single crystal synthesis by optical floating zone method, enhanced by the engineering optimization of micro-nano structure, and combined with the key factors such as phase structure, micro-nano morphology and crystallization orientation, etc. With the innovative use of the crucible-free, environmentally-friendly and rapid-growth optical floating zone method, the fabrication of high quality single crystals in BNT-based system has been achieved. The modification systems are developed based on chemical modification through ion substitution and compound solid solution; the optimization mechanisms of complex phase cooperation effect and grain size effect are controlled by structural engineering; the regulation law and intrinsic theoretical model of strain characteristics are explained by mechanism analysis. All of these research outcomes provide useful experience reference and scientific support for the design and synthesis of the materials with low field driving and high electrostrain properties, and promote the application of BNT-based electrostrain materials.
具备高电致应变特性的钛酸铋钠基(BNT)压电功能材料是替代污染性铅基材料的优异潜力体系,在驱动器等关键电子元件领域有着重要的国防民生需求,迄今尚未商业化应用的技术瓶颈在于所需驱动电场过高等问题,而这实质上也折射出该体系应变本源机理和调控改性机制不清晰的核心科学问题。本项目聚焦于BNT基体系的电致应变特性,以化学修饰改性为基、光学浮区法单晶合成为体、微纳结构工程优化为翼,结合物相结构、微纳形态、结晶取向等作用要素,协同开展应变改性优化及本征机理解析等研究工作。运用无需坩埚、无污染、生长速度快的光学浮区法实现对BNT体系高质量单晶的高效可控制备。化学修饰开发离子取代和复合固溶的改性体系,结构工程掌握复相协作及晶粒尺寸等效应的优化机制,机理解析阐明应变特性的调控规律与本征理论模型,为低场驱动高应变性能材料的调控设计合成提供经验参考和科学支撑,并推进BNT基体系电致应变材料的基础研究成果走向应用。

结项摘要

具备高电致应变特性的钛酸铋钠基(BNT)压电功能材料是替代污染性铅基材料的优异潜力体系,在驱动器等关键电子元件领域有着重要的国防民生需求,迄今尚未商业化应用的技术瓶颈在于所需驱动电场过高等问题,而这实质上也折射出该体系应变本源机理和调控改性机制不清晰的核心科学问题。本项目聚焦于BNT基体系的电致应变特性,以化学修饰改性为基、微纳结构工程优化为翼,结合物相结构、微纳形态等作用要素,协同开展应变改性优化及本征机理解析等研究工作。化学修饰开发离子取代和复合固溶的改性体系,结构工程掌握复相协作及晶粒尺寸等效应的优化机制,机理解析阐明应变特性的调控规律与本征理论模型,为低场驱动高应变性能材料的调控设计合成提供经验参考和科学支撑,并推进BNT基体系电致应变材料的基础研究成果走向应用。.总的来说,本研究工作通过对BNT体系MPB组分的多元复合改性研究,掌握了调控BNT体系电致应变性能的调控规律,阐明了BNT体系中的大电致应变特性主要来源于电场激发的遍历性弛豫相与铁电相之间可逆相变,表明无论是通过组分设计或是温度调节均可以使样品达到铁电相和弛豫相共存的状态,从而有效调控BNT体系的电致应变性能。并开发了系列具有优良电致应变性能的无铅压电陶瓷组分,在大幅提高电致应变效率的同时有效降低了驱动电场,理论与实践结合为促进BNT电致应变性能的实际应用提供有益参考。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
(Na0.8-K0.2Li )0.5Bi0.5Ti0.985Ta0.015O3 lead-free ceramics with large strain and high recoverable energy density
(Na0.8-K0.2Li)0.5Bi0.5Ti0.985Ta0.015O3大应变、高恢复能量密度无铅陶瓷
  • DOI:
    10.1016/j.jallcom.2021.160378
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Han Wang;Qiang Li;Yuxin Jia;Arun Kumar Yadav;Benben Yan;Mengyuan Li;Qi Shen;Qifeng Quan;Weijia Wang;Guangzhi Dong;Huiqing Fan
  • 通讯作者:
    Huiqing Fan
Large strain with enhanced energy-storage and temperature stable dielectric properties in Bi0.38Na0.38Sr0.24Ti(1-x)(Mn1/3Nb2/3)xO3 ceramics
Bi0.38Na0.38Sr0.24Ti(1-x)(Mn1/3Nb2/3)xO3 陶瓷中的大应变具有增强的能量存储和温度稳定介电性能
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2020.08.254
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Ceramics International
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Mengyuan Li;Qiang Li;Benben Yan;AK Yadav;Hao Wang;Guangzhi Dong;Huiqing Fan
  • 通讯作者:
    Huiqing Fan
Giant energy storage efficiency and low strain hysteresis in lead-free relaxor ferroelectrics by designing the dynamic behavior of PNRs
通过设计 PNR 的动态行为,实现无铅弛豫铁电体的巨大储能效率和低应变滞后
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2022.08.245
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Ceramics International
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Yuxin Jia;Huiqing Fan;Dingwei Hou;Lin Lei;Guangzhi Dong;Weijia Wang;Qiang Li
  • 通讯作者:
    Qiang Li
Effect of the element ratio in the doping component on the properties of 0.975(0.8Bi1/2Na1/2TiO3–0.2Bi1/2K1/2TiO3)–0.025Bix/3Mgy/3Nbz/3O3 ceramics
掺杂组分元素配比对0.975(0.8Bi1/2Na1/2TiO3→0.2Bi1/2K1/2TiO3)→0.025Bix/3Mgy/3Nbz/3O3陶瓷性能的影响
  • DOI:
    10.1557/s43578-020-00075-4
  • 发表时间:
    2020-09
  • 期刊:
    Journal of Materials Research
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Guangzhi Dong;Huiqing Fan;Yuxin Jia
  • 通讯作者:
    Yuxin Jia
Large electrostrain in Bi1/2Na1/2TiO3-based relaxor ferroelectrics: A case study of Bi1/2Na1/2TiO3-Bi1/2K1/2TiO3-Bi(Ni2/3Nb1/3)O3 ceramics
Bi1/2Na1/2TiO3基弛豫铁电体中的大静电应变:Bi1/2Na1/2TiO3-Bi1/2K1/2TiO3-Bi(Ni2/3Nb1/3)O3陶瓷的案例研究
  • DOI:
    10.1016/j.jmat.2020.11.002
  • 发表时间:
    2021-01-23
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIOMICS
  • 影响因子:
    9.4
  • 作者:
    Dong, Guangzhi;Fan, Huiqing;Zhang, Shujun
  • 通讯作者:
    Zhang, Shujun

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其他文献

铝镁合金固-液界面能分子动力学模拟与计算
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    西安工业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李娜;董广志;赵志伟;坚增运
  • 通讯作者:
    坚增运
深过冷Ni-21.4%Si共晶合金的凝固特性研究
  • DOI:
    10.3724/sp.j.1037.2012.00006
  • 发表时间:
    2012-07
  • 期刊:
    Acta Metallurgica Sinica
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    李娜;方雯;董广志;坚增运
  • 通讯作者:
    坚增运

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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