锆钛酸铅压电材料中电畴成核机制及三维结构特征
2024.09.27
投稿：龚惠英部门：理学院浏览次数：
活动信息
报告题目 (Title)：锆钛酸铅压电材料中电畴成核机制及三维结构特征
报告人 (Speaker)：龚鸣宇 副教授（上海交通大学）
报告时间 (Time)：2024年09月28日(周六) 16:00-18:00
报告地点 (Place)：校本部GJ403
邀请人(Inviter)：潘晓敏
主办部门：理学院数学系
报告摘要：锆钛酸铅（PZT）作为一种压电材料能够实现应变-电压转换，在传感器、致动器和超声医学成像等机电应用中至关重要。微机电系统（MEMS）中多使用PZT薄膜材料，其性能（压电系数、机电耦合系数等）与材料中电畴演化行为息息相关。同时，材料中多数电畴（如：90°铁弹畴）的晶格与基体晶格关于某一低指数晶带轴呈180°旋转对称（孪生）关系，故可视为孪晶。因此，本研究基于孪晶理论探究PZT电畴成核机制及三维结构特征。基于拓扑学分析与第一性原理计算，证明了铁弹畴对应的1层孪生阶错无法在完美单晶中成核-滑移，排除了普遍认知的简单剪切（simple shear）变形诱导的剪切-重排（shear-shuffle）电畴成核机制。发现了纯剪切（pure shear）变形下原子重排过程的低能垒路径，提出了铁弹畴的纯重排（pure-shuffle）成核机制。同时，明晰了成核-生长过渡期的取向纠错机制、应力释放形式与畴壁演化过程。通过高分辨透射电镜与原子尺度模拟，首次对电畴这一体缺陷在三维空间中畴壁的原子结构进行了表征与模拟。过程中识别出了一种“伪（pseudo）铁电畴”，其形态与铁电畴相似，但具有铁弹性畴壁相同的缺陷特征（失配位错），本质为铁弹畴的侧向边界。失配位错的存在将钉扎“伪铁电畴壁”的迁移，使其动力学特性与铁电畴壁大相径庭，会导致材料在循环力/电加载下压电性能的逐步退化。上述结果验证了将孪晶理论运用于压电材料中电畴研究的可行性，而对于电畴成核、扩展、生长及交互机制的认识将助力“畴工程”思想运用，指导设计具有优异压电性能的材料。
