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外延硅掺杂HfO?薄膜铁电性的起源
摘要： 基于HfO2的非传统铁电（FE）材料近期被发现，在学术界和工业界均引发高度关注。外延Si掺杂HfO2薄膜的生长为理解铁电性机制开辟了新途径。本研究采用脉冲激光沉积（PLD）技术在N型SrTiO3衬底的不同晶向生长外延Si掺杂HfO2薄膜。通过压电力显微镜可写入并读取极性纳米畴，这些畴能以180°相变实现可逆翻转。不同厚度的薄膜表现出约4～5 MV/cm的矫顽场Ec和8～32 μC/cm2的剩余极化Pr。X射线衍射（XRD）与高分辨透射电镜（HRTEM）结果表明，所生长的Si掺杂HfO2薄膜具有应变萤石结构。HRTEM观测到的Hf原子网格ABAB堆垛模式明确证实，该铁电性源自非中心对称Pca21极性结构。结合软X射线吸收谱（XAS）发现，Pca21铁电晶体结构因界面应变与Si掺杂相互作用导致O子晶格畸变，进而形成纳米尺度铁电有序态下的进一步晶体场分裂。
关键词： 高分辨透射电子显微镜（HRTEM）、脉冲激光沉积（PLD）、X射线衍射（XRD）、铁电性、压电力显微镜（PFM）、X射线吸收谱（XAS）、外延硅掺杂氧化铪薄膜（Epitaxial Si-doped HfO2 thin films）、n型钛酸锶衬底（N-type SrTiO3 substrates）
更新于2025-11-14 17:04:02
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电活性聚偏二氟乙烯纤维的熔融电写
摘要： 聚偏氟乙烯（PVDF）具有适用于柔性电子、传感和生物医用材料等众多领域的压电特性。本研究采用熔融静电纺丝技术（MEW）加工了直径17-55微米的单根纤维。通过MEW可制备电活性PVDF纤维，且该聚合物在十小时内保持熔融状态时纤维直径无明显变化。我们探究了PVDF的MEW加工参数（包括施加电压、压力与温度），并开发验证了一种基于显微镜载玻片相机图像自动测定纤维直径的快速表征方法。该方法输出结果符合已发现的其他聚合物MEW加工规律，但观察到对<25微米纤维直径存在高估现象。通过压电力显微镜证实PVDF结晶相无需极化即可转变为电活性β相，且这些PVDF纤维展现出d33~19皮米/伏的压电响应。
关键词： 熔体静电纺丝直写、压电性、电流体动力学、压电力显微镜、3D打印
更新于2025-09-23 15:23:52
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非对称应变：(111)取向铁电薄膜中畴演化的重要作用
摘要： (111)取向钙钛矿铁电薄膜的畴行为与(001)/(101)取向显著不同，从而表现出更优异的响应特性（如更高的压电响应和更低的矫顽?。?。然而，对理解这些独特性质至关重要的(111)取向铁电薄膜畴结构及其随厚度的演化规律仍不明确。本研究通过透射电子显微镜(TEM)和压电力显微镜(PFM)研究了(111)取向PbTiO3薄膜的铁电畴。我们揭示了正交相GdScO3(101)O衬底施加各向异性应变下薄膜厚度相关的畴演化过程。对比分析和电子衍射图谱表明PTO薄膜中仅存在四种铁电变体：极化方向分别沿[010]、[010]、[001]和[001]的d2+、d2-、d3+和d3-。形成了两类畴壁：d2-/d3+(d2+/d3-)畴间的"倾斜"(011)畴壁，以及d2+/d3-(d2-/d3+)畴间的"正常"(011)畴壁。周期性分布的d2+/d3+(d2-/d3-)畴宽度随薄膜厚度增加呈平方根规律增大。像差校正扫描透射电镜显示(111)取向PbTiO3薄膜的畴晶格特征与四方相铁电畴一致。PFM研究表明d2-/d3+(d2+/d3-)畴的面外与面内极化分量均不均匀，而d2+/d3+(d2-/d3-)畴具有均匀的面外极化分量和非均匀的面内极化分量。本研究阐明了各向异性应变下(111)取向四方铁电薄膜的畴结构及其与铁电性能的关联。
关键词： 钛酸铅，透射电子显微镜，铁电性，T（温度），钙钛矿，压电力显微镜
更新于2025-09-23 15:23:52
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(111)取向外延四方相Pb(Zr,Ti)O3薄膜的超晶格结构及顶点处的高导电性
摘要： 近期，在铁电材料领域，许多实验致力于发现更引人入胜的拓扑结构及其功能特性（如导电性）。本研究探究了(111)取向外延四方相PbZr0.35Ti0.65O3薄膜中的铁电畴结构及相关拓扑缺陷。系统的压电力显微镜测量表明，电场诱导的极化翻转能形成由纳米级条带状子畴构成的热力学稳定超畴结构。在此类超畴结构中，我们观测到由三个呈120°/120°/120°分离的条带畴束组成的特殊等边三角形面内磁通闭合畴。真空环境下的导电原子力显微镜测量显示，某些顶点区域的导电性显著高于周围区域。本工作揭示了电场驱动的极化翻转与独特晶体对称性（此处为三重旋转对称性）能够产生特殊铁电畴结构及功能性拓扑缺陷（如导电顶点）。
关键词： 顶点、铁电体、超畴、磁通闭合畴、压电力显微镜、导电原子力显微镜
更新于2025-09-23 15:23:52
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通过简单化学方法制备BiFeO3薄膜用于异质结型太阳能电池设计的研究
摘要： 通过一种无2-甲氧基乙醇（酸性）的简易化学方法合成了不同厚度的多晶BiFeO3（BFO）薄膜?；竦昧司Я３叽缧∮?8.8纳米的菱面体纯相。扫描电镜图像显示，当BFO沉积在不同半导体衬底（ZnO、掺镍ZnO和CdS）上时，其形貌平坦且均匀。当BFO沉积在CdS上时，观察到最高的粗糙度值（8.6纳米）。光学响应表明，随着厚度增加，光学带隙略有变化。采用不同的太阳能电池结构（p-BFO-n和BFO-n）评估了BFO薄膜的光伏响应。结果显示，基于Ag/PbS/BFO/CdS/FTO/玻璃结构的太阳能电池表现出短路电流密度JSC=239.6 mA/cm2和功率转换效率η=7.65×10?3%。通过光电化学和铁电测量解释了光伏响应。
关键词： 莫特-肖特基、X射线光电子能谱、压电力显微镜、BiFeO3薄膜
更新于2025-09-23 15:21:01
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利用接触式开尔文探针力显微镜和机器学习解耦PLZT材料在铁电-弛豫相变过程中的介观尺度功能响应
摘要： 弛豫铁电体展现出一系列有趣的物质行为，包括高机电响应、极化旋转以及温度和电场驱动的相变。由于对纳米尺度极化动力学的认知有限，这种特殊功能行为的起源仍不明确。压电力显微镜及其相关开关光谱技术可获取微纳尺度的局部机电特性，有助于填补这些知识空白。然而这些技术易受探针与样品间静电相互作用产生的信号伪影干扰。因此要理解弛豫材料这类具有未知机电特性的复杂无序体系的功能行为，需要能区分机电响应与静电响应的技术。本研究采用接触式开尔文探针力显微镜（cKPFM），探究典型弛豫材料锆钛酸铅镧从铁电态到弛豫态相变过程中局部机电与电容特性的演变。通过无监督机器学习算法处理获得的多维数据集，检测了探测区域和温度范围内的功能响应变化。进一步分析显示：在50°C以下形成两个独立的cKPFM响应带，为极化翻转提供了证据；更高温度下仅观测到一个响应带，表明测量信号源自静电作用。此外从cKPFM数据中定性提取的结点电位差在弛豫态下呈现温度无关性。这种多维电压光谱技术与机器学习的结合，既能识别测量功能响应的起源，又能解耦铁电现象与静电现象——这对理解弛豫材料等复杂无序体系的功能行为至关重要。
关键词： 相变，机器学习，弛豫铁电体，锆钛酸铅镧，压电力显微镜，k均值聚类，接触式开尔文探针力显微镜
更新于2025-09-23 15:21:01
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通过顺序激励压电响应力显微镜解析胶原纤维的精细机电结构
摘要： 胶原蛋白是细胞外基质中的主要蛋白质，广泛存在于多种结缔组织中，其压电特性被认为与层级微结构相关。但由于胶原蛋白的压电响应微弱、表面形貌粗糙且具有微结构层级性，解析其精细机电结构极具挑战性。本研究采用新开发的序列激励（SE）策略结合压电力显微镜（PFM）来克服这些难题：通过一系列特定频率激发胶原蛋白的局部机电响应以最小化地形干扰，继而运用主成分分析（PCA）消除背景噪声，并采用简谐振子（SHO）模型进行物理解析与数据重建。该方法实现了纳米尺度下与胶原纤维间隙域和重叠域相关的精细机电响应高保真成像，较传统PFM技术有显著提升，同时也体现了大数据原子力显微镜（AFM）的理念，可便捷扩展至其他目标数据采集应用场景。
关键词： 主成分分析，顺序激发，简谐振子模型，压电力显微镜，胶原蛋白
更新于2025-09-23 16:24:19
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高分辨率角分辨横向压电响应力显微镜：面内压电响应矢量的可视化
摘要： 压电力显微镜（PFM）是铁电畴成像的常用工具。横向PFM（LPFM）利用探针悬臂的扭转振动模式，可区分垂直于悬臂轴方向不同极化的铁电畴，但对平行于该轴的方向天生不敏感。我们提出一种高分辨率角度分辨-LPFM技术，能够可视化完整的二维面内压电力矢量场。借助图像配准技术，针对每个像素分析样品-探针取向角对应的LPFM信号，并通过三角曲线拟合的振幅与相位推导出相应的局域面内压电力矢量。该技术为复杂铁电与压电结构的可视化提供了新途径。
关键词： 压电力显微镜、图像配准技术、铁电畴成像、面内压电力矢量场
更新于2025-09-04 15:30:14
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离子切片LiNbO<sub>3</sub>薄膜中针尖诱导极化反转过程中移动畴壁前方的纳米畴成核
摘要： 我们通过压电力显微镜研究了离子切片单晶LiNbO3薄膜在针尖诱导极化反转过程中的畴形成现象。通常在施加电压脉冲时，导电针尖下方仅会形成一个中心畴。然而在离子切片LiNbO3薄膜中，观察到畴扩展过程中中心畴壁前方会出现纳米畴环，这些纳米畴随后被中心畴吸收，导致畴形貌粗糙。这种独特形成过程可归因于畴壁外电场的局部极大值和界面处的极化钉扎效应，通过较低偏压擦除已反转畴的实验发现这些纳米畴难以消除，从而得到实验证实。
关键词： 铌酸锂薄膜、压电力显微镜、极化反转、纳米畴
更新于2025-09-04 15:30:14