铁电薄膜的宽温域巨电热效应及其与畴变的关联研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11272274
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0808.多场耦合与智能结构力学
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Ferroelectric thin films with electrocaloric effect (ECE) have a potential application in chip refrigeration. However, it is noticed that the giant ECE reported in previous works mainly appears at the phase transform temperature from the ferroelectric phase into the paraelectric phase, which limits the commercial application of ECE. In fact, the giant ECE over a broad temperature range (BTECE)is very important for exploiting the commercial refrigeration. In this research project, based on the domain switching tuned by the strain in ferroelectric thin films, the mechanism of BTECE tuned by the strain will be studied. On the one hand, combined with the phase field method and the thermodynamic theory, the thermodynamic model based on the domain switching properties will be developed to calculate and emulate electrocaloric properties of ferroelectric thin films in electromechanical coupling. The domain switching behavor will be prognosticated when the BTECE appears. These resuts will help us how to use strain in the thin films to tune the ECE into the BTECE. On the other hand, the epitaxial ferroelectric thin film will be prepared by using pulsed laser molecular beam epitaxy deposition. The strain will be adjusted by the lattice mismatch which caused between the substrate and epitaxial thin films. The piezoresponse force microscopy(PFM) will be used in researching the effect of electromechanical coupling on the domain switching characteristic. Combined with the result of ECE measuring and analyzing, the relationship between the domain switching and the performance of ECE in ferroelectric thin films will be analyzed and summarized. Based on the theoretical and experimental studies, the physical mechanism of BTECE will be established and experimental technology tuning the temperature-dependent ECE into a BTECE will be developed. Finally, based on the analysis of the asymmetric domain switching in the thermodynamic refrigeration cycle, the failur behavors will be studied.
铁电体由于具有电热效应在芯片制冷等领域具有很好的应用前景,宽温域巨电热效应是其实现电热制冷商业化应用的前提。但是大部分铁电体仅在铁电-顺电相变温度附近具有巨电热效应,限制了其应用。本申请项目将从应变调控铁电薄膜畴变的角度探索宽温域巨电热效应的实现方法和产生机理。一方面,结合相场方法和热力学理论,建立基于畴变的热力学计算模型,计算和模拟铁电薄膜在力电耦合作用下的电热性能,预测宽温域巨电热效应下的畴变行为,为应变调控畴变进而调控宽温域巨电热效应提供指导。另一方面,通过控制基底和薄膜以及梯度薄膜之间的晶格失配和热力学失配来调节应变,研究力电耦合作用下的畴变行为,再结合电热性能分析,探讨畴变对宽温域巨电热效应影响的规律。结合实验和理论研究结果,研究铁电薄膜宽温域巨电热效应的产生机理。最后,通过研究电热制冷循环中绝热升温和降温两个过程中的非对称性畴变,探讨宽温域巨电热效应在制冷循环中的失效行为。

结项摘要

基于电热效应的铁电固体制冷器被认为是最具潜力的固体制冷器之一。铁电材料在居里温度附近小温度范围内才具有巨电热效应,限制其商业化应用。基于此,本申请项目从理论和实验两个方面研究了铁电材料畴变和电热性能之间的关联机理和调控机理。理论方面,结合电畴结构模拟的相场方法和电热性能研究的热力学理论,建立了多畴铁电材料电热性能计算的理论模型,计算了不同畴结构、外电场和应力作用下铁电材料的电热性能,获取了电热性能与畴变的关联机理和电热的调控机理。实验方面:通过制备一系列的铁电薄膜,测试在失配应变、相变、微结构下铁电薄膜的电热性能,结合力电耦合作用下的畴变行为分析,掌握了畴变对宽温域巨电热效应影响的规律。最后,结合实验观测和理论模拟结果,掌握了铁电薄膜宽温域巨电热效应的产生和调控机理。

项目成果

期刊论文数量(21)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Giant electrocaloric effect of PbTiO3 thin film tuned in a wide temperature range by the anisotropic misfit strain
通过各向异性失配应变在宽温度范围内调节 PbTiO3 薄膜的巨电热效应
  • DOI:
    10.1016/j.mechrescom.2013.10.016
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Mechanics Research Communications
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    B. Li;X. Zhang;J. B. Wang,;X. L. Zhong;F. Wang;Y. C. Zhou
  • 通讯作者:
    Y. C. Zhou
Complementary resistive switching in single sandwich structure for crossbar memory arrays
用于交叉存储器阵列的单三明治结构中的互补电阻开关
  • DOI:
    10.1063/1.4961222
  • 发表时间:
    2016-08-28
  • 期刊:
    JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Duan, W. J.;Wang, J. B.;Li, B.
  • 通讯作者:
    Li, B.
Enhanced piezoelectric response in single-crystalline Bi4Ti3O12 nanoplates
单晶 Bi4Ti3O12 纳米板的增强压电响应
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2013-08
  • 期刊:
    EPL
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Zhang, Y.;Lu, C. J.;Ye, W. N.;Zhou, Y. C.
  • 通讯作者:
    Zhou, Y. C.
Nonlinear optical absorption tuning in Bi3.15Nd0.85Ti3O12 ferroelectric thin films by thickness
Bi3.15Nd0.85Ti3O12 铁电薄膜按厚度的非线性光吸收调谐
  • DOI:
    10.1063/1.4917223
  • 发表时间:
    2015-04
  • 期刊:
    Applied Physics Letters
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    S. Li;X. L. Zhong;G. H. Cheng;X. Liu;Y. Zhang;J. B. Wang;H. J. Song;C. B. Tan;B. Li
  • 通讯作者:
    B. Li
The coexistence of negative and positive electrocaloric effect in the ferroelectric thin film for solid-state refrigeration
固态制冷用铁电薄膜中负电热效应和正电热效应的共存
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Europhysics Letters
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    X. L. Zhong;F. Wang;Y. K. Zen;Y. C. Zhou
  • 通讯作者:
    Y. C. Zhou

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其他文献

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  • 通讯作者:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    唐雪明
保加利亚乳杆菌L-乳酸脱氢酶同工酶基因的克隆与表达分析
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    唐雪明

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AI项目解读示例

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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