无铅铁电单晶的压电活性与结构本质

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基本信息

  • 批准号:
    51332009
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    290.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0206.功能陶瓷
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The origin of piezoelectric response is investigated to their hierarchical structure in lead-free ferroelectric single crystals, such as NBT- and KNN-based solid sulution ferroelectrics. The project aims at to design and fabricate new ferroelectric single crystals with high piezoelectric response, low dielectric loss and high temperature stability, and the mechanism how to control the hierarchical structure and optimize their intrinsic and extrinsic piezoelectric performances. The hierarchical structure (lattice distortion→dipole→polar nano regions→nano-domains→macro-domains→phase structure) will be investigated multidimensionally by different techniques such as synchrotron X-ray radiation, transmission electron microscopy (TEM), raman spectrum, piezoelectric force microscope(PFM), polarized light microscopy (PLM) etc. The piezoelectric response will be investigated systematically in chemical composition, order and disorder of solid-solution and external field (such as temperature, strain and electric field) related to their hierarchical structure. Ionic-doping and post-process by atmosphere annealing and poling will be investigatd to optimize the piezoelectric properties of lead-free piezoelectric single crystals. We hope to have better understanding of the mechanism of piezoelectric response to find the fundamental difference between the lead-based MPB and lead-free MPB to design and fabricate novel high performance lead-free piezoelectric materials, and to make the contribution to eliminating lead-based piezoelectric materials eventually in the world.
围绕以钛酸铋钠(NBT)基、铌酸钾钠(KNN)基为代表的钙钛矿型铁电固溶体单晶高压电活性及其结构本质研究,包括高压电性能、低介电损耗、高温度稳定性无铅铁电材料的设计、制备、结构与性能调控机理,开展铁电单晶生长,与单晶材料多层次多尺度结构对本征压电性能和非本征压电性能的影响规律研究;结合同步辐射、透射电镜、拉曼光谱、压力电学显微镜、偏光显微镜等不同手段,研究无铅压电单晶的多层次多尺度(晶格畸变→偶极子→极化团簇→微畴→宏畴→相结构)结构特征与相变规律,揭示无铅压电单晶在外场(温度、电场、应力)作用下压电响应机理与结构本质;以及通过离子掺杂、气氛退火与极化后处理来调控材料多层次结构与压电性能。在此基础上,指导新型高性能无铅压电材料的设计和制备,以及现有无铅压电材料的改性研究,促进尽早实现压电材料无铅化的发展目标。

结项摘要

五年来本重点基金项目,围绕以钛酸铋钠(NBT)基、铌酸钾钠(KNN)基为代表的钙钛矿型铁电固溶体单晶高压电活性及其结构本质进行了研究,开展了铁电单晶生长,与单晶材料多层次多尺度结构对本征压电性能和非本征压电性能的影响规律研究;结合不同实验手段,研究了无铅压电单晶的多层次多尺度结构特征与相变规律,揭示无铅压电单晶在外场(温度、电场、应力)作用下压电响应机理与结构本质。具体研究结果包括,发展了几种无铅铁电单晶生长生长方法,成功生长出了多种大尺寸、高均匀性、高质量的无铅压电单晶NBT-BT、KNN以及NBT-KBT-BT材料,其中NBT-6BT单晶压电常数达到了d33=844 pC/N,d*(εmax/Emax)=1360 pm/V;发现了A位复合钙钛矿型NBT-BT晶格结构特征:(a)从Tm到550 ℃ ,存在着P4bm铁弹相;(b)二种非本征铁电畸变模式的超晶格斑点(P4bm和R3C)共存现象;发现了极性纳米微区(PNRs)沿[001]分布的特征,阐明了八面体顶点相连的NBT-BT晶体存在偏离平均点阵结构的面缺陷;并揭示了Td附近形成双电滞回线的场致诱导相变机制,在Td附近二种不同超晶格斑点数量之间转化所形成介电峰的频率色散机制;揭示了NBT-BT的准同型相界的结构特点,及其在电场激励下的结构变化规律;发现了NBT-BT在准同型相界附近具有超高压电响应与特殊声子的能量交换通道密切联系,(a)存在着二种超晶格斑点(M和R)共存的晶格结构,(b)二种极性纳米微区M和R之间,以及极性纳米微区与晶格格点之间存在着不同的能量交换通道。.本项目已在Advanced Materials, Scripta Materialia, Physcial Review B, Journal of Material Chemistry C等期刊发表SCI收录论文58篇。

项目成果

期刊论文数量(58)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
Oxygen vacancies induced self-assembling synthesis of V4+-BiVO4/rGO core-shell nanorods with enhanced water splitting efficiency and superior sewage purification capability
氧空位诱导自组装合成V4 -BiVO4/rGO核壳纳米棒,具有增强的水分解效率和优越的污水净化能力
  • DOI:
    10.1016/j.apcata.2016.08.012
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Applied Catalysis A: General
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhang Yangyang;Guo Yiping;Du Qi;Duan Huanan;Chen Yujie;Li Hua;Liu Hezhou
  • 通讯作者:
    Liu Hezhou
Orientation dependence of electrical properties of large-sized sodium potassium niobate lead-free single crystals
大尺寸铌酸钾钠无铅单晶电性能的取向依赖性
  • DOI:
    10.1039/c3ce42464b
  • 发表时间:
    2014-01-01
  • 期刊:
    CRYSTENGCOMM
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Deng, Hao;Zhao, Xiangyong;Luo, Haosu
  • 通讯作者:
    Luo, Haosu
Composition induced rhombohedral-tetragonal phase boundary and high piezoelectric activity in (K-0.48,Na-0.52) (Nb((1-x))Sbx)O-3-0.05Ca(0.2)(Bi-0.5,Na-0.5) 0.8ZrO3 lead-free piezoelectric ceramics
(K-0.48,Na-0.52) (Nb((1-x))Sbx)O-3-0.05Ca(0.2)(Bi-0.5,Na-0.5) 中的成分诱导菱形-四方相界和高压电活性
  • DOI:
    10.1016/j.ssc.2017.05.001
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Solid State Communications
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Pan Di;Guo Yiping;Fu Xiuwu;Guo Runjiang;Duan Huanan;Chen Yujie;Li Hua;Liu Hezhou
  • 通讯作者:
    Liu Hezhou
High sensitive nonlinear modulation magnetoelectric magnetic sensors with a magnetostrictive metglas structure based on bell-shaped geometry
基于钟形几何结构的磁致伸缩金属玻璃结构的高灵敏度非线性调制磁电传感器
  • DOI:
    10.1016/j.jmmm.2015.12.073
  • 发表时间:
    2016-05-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF MAGNETISM AND MAGNETIC MATERIALS
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Ma, Jiashuai;Jiao, Jie;Luo, Haosu
  • 通讯作者:
    Luo, Haosu
Study of temperature-dependent Raman spectroscopy and electrical properties in [001]-oriented 0.35Pb(In1/2Nb1/2)O-3-0.35Pb(Mg1/3Nb2/3) O-3-0.30PbTiO(3)-Mn single crystals
[001]取向0.35Pb(In1/2Nb1/2)O-3-0.35Pb(Mg1/3Nb2/3) O-3-0.30PbTiO(3)-Mn单晶随温度变化的拉曼光谱和电学性质研究
  • DOI:
    10.1063/1.4939613
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Journal of Applied Physics
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Liu Xing;Fang Bijun;Deng Ji;Yan Hong;Deng Hao;Yue Qingwen;Ding Jianning;Zhao Xiangyong;Luo Haosu
  • 通讯作者:
    Luo Haosu

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其他文献

弛豫铁电单晶的生长、性能及应用研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    人工晶体学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘林华;赵祥永;罗豪甦;林迪;徐海清;王升;任博;狄文宁;张耀耀
  • 通讯作者:
    张耀耀
弛豫铁电单晶的多功能特性及其器件应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    人工晶体学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    罗豪甦;焦杰;陈瑞;朱荣峰;张章;徐嘉林;赵静;王西安;林迪;陈建伟;狄文宁;鲁丽;朱莉莉
  • 通讯作者:
    朱莉莉
Enhanced dielectric, pyroelectric and ferroelectric properties of Mn-doped 0.15Pb(In1/2Nb1/2)O3–0.55Pb(Mg1/3Nb2/3)O3–0.30PbTiO3 single crystals
Mn掺杂0.15Pb(In1/2Nb1/2)O3—0.55Pb(Mg1/3Nb2/3)O3—0.30PbTiO3单晶的增强介电、热电和铁电性能
  • DOI:
    10.1016/j.jallcom.2014.01.128
  • 发表时间:
    2014-05
  • 期刊:
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    许晴;徐海清;罗豪甦;邵秀梅
  • 通讯作者:
    邵秀梅
BCZT无铅压电陶瓷的铁电相变
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    材料研究学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    方必军;刘星;张震乾;陈智慧;丁建宁;赵祥永;罗豪甦
  • 通讯作者:
    罗豪甦
The Growth and Properties of Lead-Free Ferroelectric Single Crystals
无铅铁电单晶的生长及性能
  • DOI:
    10.3390/cryst5020172
  • 发表时间:
    2015-03
  • 期刊:
    Crystals
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    张海武;林迪;赵祥永;罗豪甦
  • 通讯作者:
    罗豪甦

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罗豪甦的其他基金

无铅压电单晶的多层次结构与外场响应关联机制
  • 批准号:
    52032012
  • 批准年份:
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基于异质结磁电耦合效应的微弱磁场传感器
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相似国自然基金

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  • 批准号:
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  • 项目类别:
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相似海外基金

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  • 财政年份:
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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

        graph TD
          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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