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oe1(光电查) - 科学论文

43 条数据
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  • 基于多态相界和晶体织构的高性能铌酸钾钠无铅压电陶瓷

    摘要： 由于铅基陶瓷的使用受限，机电转换器件领域迫切需要无铅压电陶瓷。本研究通过向基质材料(K0.5Na0.5)(Nb0.965Sb0.035)O3-CaZrO3中掺入不同浓度的(Bi0.5K0.5)HfO3来调控多态相边界(PPB)，并采用模板晶粒生长法实现了<00l>c晶体织构。在菱方-正交-四方(R-O-T)相边界附近的组分中，<00l>c织构陶瓷获得了最大的d33 (~550 pC/N)和kp (~72%)。研究表明，压电性能的提升应归因于多种效应的协同作用：主要包括R-O-T相边界促进极化旋转、晶体取向诱导的本征压电各向异性、电场诱导的晶格畸变与相变，以及NaNbO3籽晶驱动的纳米畴结构。该工作通过同步调控多态相边界和构建晶体织构，为提升铌钾基压电陶瓷的压电性能提供了有效解决方案。我们认为这种简单方法和设计原理同样适用于其他压电陶瓷体系（无论铅基或无铅）。

    关键词： 多形相边界、压电性、铌酸钾钠、晶体织构

    更新于2025-11-14 17:28:48

  • 通过电场极化调制掺铒（Ba0.85Ca0.15）(Zr0.1Ti0.9)O3压电陶瓷的上转换光致发光

    摘要： 发光压电材料为通过电场控制光学过程提供了一种策略，这将有益于未来的光电器件。本文制备了Er3?掺杂的(Ba?.??Ca?.??)(Zr?.?Ti?.?)O?（BCZT:Er3?）压电陶瓷以验证该概念。除具有优异的本征压电性和铁电性外，BCZT:Er3?陶瓷在980 nm激发下同时展现出强烈的绿色上转换发射。在外加极化电场作用下，观察到显著的光致发光（PL）猝灭现象以及斯塔克线相对强度的明显变化。此外，随电场变化的压电常数d??与光致发光猝灭比呈现相似的变化趋势，并在E>3.5 kV/mm时最终饱和，这为监测压电常数d??提供了一种非接触式策略。BCZT:Er3?陶瓷中电场触发的PL猝灭归因于场致结构转变（大量四方相转变为菱方相）导致的不对称性降低。本研究有助于拓展发光压电材料的范畴，并为未来具有交叉耦合物理特性的光电器件和光学器件带来前景。

    关键词： 压电性、电场极化、光致发光、铁电极化

    更新于2025-11-14 15:28:36

  • 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

  • 基于纤维素/钛酸钡气凝胶纸的柔性压电纳米发电机及其与摩擦电的电耦合

    摘要： 具有高输出性能的柔性压电纳米发电机（PENGs）是能量收集领域的理想选择。将摩擦纳米发电机（TENGs）与PENGs耦合是提升输出性能的可行方法，但复杂结构和操作技能要求限制了混合纳米发电机的发展。本研究基于再生纤维素/钛酸钡（C/BT）气凝胶纸-聚二甲基硅氧烷（PDMS）纳米复合材料，开发出柔性高性能PENGs。得益于四方相BT纳米粒子的高负载均匀分散及纳米复合材料杨氏模量的增强，该PENGs在外部机械冲击下可产生15.5V最大电压和11.8μW最大功率。通过引入单电极TENG，设计制备出创新性混合纳米发电机，将不同机械能收集技术集成于单一器件。当PENG沿特定方向极化时，正耦合效应可使混合纳米发电机的输出电压和功率分别高效提升至48V和85μW。本研究为开发结构简单、高柔韧性且易操作的高输出混合纳米发电机提供了新思路。

    关键词： 纳米复合材料、钛酸钡纳米颗粒、纤维素、压电性、混合纳米发电机、摩擦电性

    更新于2025-09-23 15:23:52

  • 喷墨打印银作为锆钛酸铅薄膜的替代顶电极

    摘要： 在本研究中，我们通过喷墨打印技术在多晶Pb(Zr0.53Ti0.47)O3（PZT）薄膜上直接图案化银顶电极。首先采用化学溶液法在铂化硅衬底上沉积PZT薄膜，随后在PZT表面打印单个纳米银墨水液滴，形成直径可调范围为75至93毫米的圆形顶电极。通过优化打印参数和策略，实现了均匀电极的沉积。经350°C烧结的印刷银电极质量优异，其压电响应和极化回线测试结果与溅射铂顶电极相当（e31,f = -4.1 C·m?2，Ec约55 kV·cm?1，Pr约20 mC·cm?2），证实了该工艺的可靠性。

    关键词： 压电性、薄膜、银电极、喷墨打印、铁电体

    更新于2025-09-23 15:23:52

  • 有机/无机纳米结构材料在混合纳米发电机中的集成，通过相互性能增强实现了高效的能量收集。

    摘要： 最新研究表明，混合能量收集装置能高效转化无处不在但大多未被利用的环境能源（如机械能、化学能、热能、太阳能）为可用电能，从而为新一代自供电电子系统提供潜在支持。本文提出一种基于垫片基板的有机/无机混合纳米发电机，其整合了分别基于无机p-n结ZnO纳米结构（压电组件）和纳米结构有机聚四氟乙烯（PTFE）薄膜（摩擦电组件）的两种功能单元。该设计中各组件可独立或协同运行，且在协同工作时性能相互增强，能在单次按压释放循环中实现更高效的机械能-电能转换。当受到25Hz频率、1G加速度外力触发时，压电纳米发电机（PENG）组件的峰峰值输出电压达34.8V（约为单独运行时的3倍）；同条件下摩擦电纳米发电机（TENG）组件的峰峰值输出电压为356V（高于其单独运行时的初始输出280V）。该混合配置纳米发电器件可产生平均峰值输出电压186V、电流密度10.02μA/cm2及平均峰值功率密度1.864mW/cm2。实测显示：置于腕带式健身追踪器下方时，该器件能通过正常手部运动产生约160V的平均峰峰值电压；置于步行者鞋内时则可通过人体行走产生约580V电压。实验已证明该装置可在数秒内将商用电容器充电至数伏电压。

    关键词： 纳米板、能量收集、混合纳米发电机、纳米线、压电性、摩擦电性

    更新于2025-09-23 15:23:52

  • 菱面体BiFeO3弹性与压电性能的取向依赖性

    摘要： 通过坐标变换方法，在三维空间中研究了室温下菱面体铁酸铋(BiFeO3)弹性与压电性能的晶体取向依赖性?；?m点群BiFeO3的晶体非对称特性，获得了任意取向下的弹性常数(刚度)c11'、c12'、c13'及压电常数d15'、d31'、d33'。文中给出了获得最大值的特定取向参数：最大c11'=213×10^9 N/m^2出现在φ=0°和90°的平面内；最大c12'=c13'=132.2×10^9 N/m^2分别出现在三个镜面内θ=13°和θ=77°的方向上；最大d15'=27.6×10^-12 C/N与最大d31'=12.67×10^-12 C/N均出现在镜面内θ=69°的方向上；最大d33'=18×10^-12 C/N出现在θ=0°的自发极化轴方向。采用最优取向可显著提升BiFeO3的弹性与压电参数，这对生长具有择优取向和增强性能的BiFeO3薄膜具有重要应用价值。

    关键词： 压电性、坐标变换、取向依赖性、铁酸铋、弹性

    更新于2025-09-23 15:22:29

  • 基于有限元法的压电纳米梁尺寸相关屈曲与振动研究

    摘要： 本文采用有限元方法研究压电纳米梁的振动与屈曲问题。所用梁理论为伯努利-欧拉模型。为实现研究目标，首先基于修正偶应力等高阶理论，通过哈密顿原理建立了压电纳米梁的控制方程。将这些方程嵌入形函数后，推导出其矩阵形式——即采用有限元法对控制方程进行离散化处理。通过计算方程的矩阵形式，得到了梁的质量矩阵、机械刚度矩阵和电刚度矩阵。需特别说明的是，在计算刚度矩阵时，须先在梁单元中引入反映电场效应的新单元定义，并以非经典矩阵形式将应变梯度效应纳入刚度矩阵。借助这些临界载荷矩阵，计算了压电纳米梁的屈曲力、电压及固有频率。数值结果表明，该方法能够考虑尺寸效应。

    关键词： 尺寸效应、压电性、屈曲电压、偶应力理论、自由振动、屈曲载荷

    更新于2025-09-23 15:22:29

  • 纳米粘土诱导电纺PVDF纳米纤维的压电响应增强用于能量收集

    摘要： 聚偏氟乙烯模板化纳米纤维被设计在二维纳米粘土片层上，用于能量收集应用。通过优化的静电纺丝工艺，利用不同纳米粘土含量调控纳米纤维的尺寸。研究了结构（电活性相）和形貌随纳米粘土浓度的变化规律。在最小纳米粘土用量下实现了近90%压电活性相的稳定存在。该杂化纳米纤维经设计具有更高的韧性（提升300%）和刚度，因而更适合器件应用。使用杂化纳米纤维的单压电片在100毫秒内持续发电，而原始纤维仅能维持不到50毫秒。采用多种纳米纤维制备的器件中，由杂化纳米纤维制成的器件展现出极高的输出电压（70伏）和功率密度（68毫瓦/平方厘米）。人体弯曲、扭转、行走及手脚拍打等运动模式均可通过该杂化器件产生可观电能，有效将废弃机械能转化为实用电能。研究揭示了模板体系中电荷分离的内在机制，阐明了杂化器件实现高效能量转换的原理。

    关键词： 能量收集、压电性、纳米杂化物、器件、静电纺丝

    更新于2025-09-23 15:22:29

  • 铂和氧化铟锡衬底上P(VDF-TrFE)薄膜的压电与铁电特性

    摘要： 有机P(VDF-TrFE) 70/30共聚物薄膜采用旋涂法在140°C下分别制备于Pt/Ti/SiO2/Si(111)和ITO/玻璃基底上。X射线衍射分析证实两种P(VDF-TrFE)薄膜均呈现铁电β相晶体结构。Pt基底与氧化铟锡基底上薄膜的极化-电滞回线分别显示出15.5和11.8 μC/cm2的高剩余极化强度。原子力显微镜表征显示两种基底上的薄膜均具有棒状形貌特征，其中Pt基底上的棒状结构直径大于ITO基底样品。压电力显微镜测量进一步证实，由于棒状特征直径更大，Pt基底上P(VDF-TrFE)薄膜的压电与铁电性能优于ITO基底样品。

    关键词： 压电性、铁电性、P(VDF-TrFE)薄膜、ITO衬底、Pt衬底

    更新于2025-09-23 15:22:29