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    TEM原位解決方案每一個(gè)設(shè)計(jì)作品都精妙

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    澤攸科技TEM原位在鉀鈉鈮酸鹽單晶鐵電疇熱演化研究中的應(yīng)用

    日期:2024-08-30

    鐵電材料因其自發(fā)極化和在外部場(chǎng)作用下的疇變能力而備受關(guān)注,這些特性使得它們?cè)诜且资源鎯?chǔ)器、能量存儲(chǔ)、壓電效應(yīng)、熱電效應(yīng)和光伏效應(yīng)等方面展現(xiàn)出突出的性能。特別是壓電效應(yīng),它涉及到機(jī)械能與電能的轉(zhuǎn)換,被廣泛應(yīng)用于超聲換能器、執(zhí)行器和能量收集器等。盡管含鉛的鐵電陶瓷因其壓電性能而長(zhǎng)期占據(jù)市場(chǎng)地位,但鉛的毒性對(duì)人類健康和環(huán)境構(gòu)成重大風(fēng)險(xiǎn)。因此,尋找無鉛的壓電材料替代品成為了一個(gè)重要的研究方向,其中基于BaTiO3、(Bi,Na)TiO3和(K,Na)NbO3的材料因其與常規(guī)PZT陶瓷相媲美的壓電性能而受到重視。

    澤攸科技

    針對(duì)以上的問題,由中科院物理研究所、中國科學(xué)院大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)以及松山湖材料實(shí)驗(yàn)室組成的研究團(tuán)隊(duì),利用澤攸科技TEM原位進(jìn)行了深入研究。他們對(duì)(K,Na)NbO3(KNN)單晶在加熱過程中鐵電疇的演變進(jìn)行了研究,這項(xiàng)研究揭示了KNN單晶中觀察到的應(yīng)變熱穩(wěn)定性和高熱電系數(shù)與鐵電疇的熱穩(wěn)定性有關(guān),并且發(fā)現(xiàn)了在相變過程中增強(qiáng)熱電效應(yīng)的機(jī)制。相關(guān)成果以“In situ observation of ferroelectric domain evolution of (K,Na)NbO3 single crystals during heating”發(fā)表在《Acta Materialia》上,全文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.actamat.2024.120316

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    論文的主要研究?jī)?nèi)容集中在鉀鈉鈮酸鹽(K,Na)NbO3(KNN)單晶的鐵電疇在不同溫度下的演變行為,以及這些演變對(duì)材料的熱穩(wěn)定性和熱電性能的影響。研究團(tuán)隊(duì)通過原位透射電子顯微鏡(TEM)技術(shù),對(duì)KNN單晶在加熱過程中的鐵電疇變化進(jìn)行了詳細(xì)的觀察和分析。

    透射電子顯微鏡明場(chǎng)


    圖 透射電子顯微鏡明場(chǎng)(TEM BF)圖像及相應(yīng)的選區(qū)電子衍射(SAED)模式

    研究首先關(guān)注了KNN單晶在20°C至120°C溫度范圍內(nèi)鐵電疇的熱穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,在這一溫度區(qū)間內(nèi),鐵電疇結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定,沒有發(fā)生明顯的變化,表明了材料的應(yīng)變熱穩(wěn)定性。進(jìn)一步地,研究者們?cè)?80°C至240°C的溫度區(qū)間內(nèi),觀察到了四方相(T相)在正交相(O相)中的形核和擴(kuò)展,這一過程伴隨著新的鐵電疇的生成和擴(kuò)展,導(dǎo)致材料宏觀極化強(qiáng)度的降低,從而增強(qiáng)了熱電效應(yīng)。

    四方相迷宮狀對(duì)比度的演變

    圖 四方相迷宮狀對(duì)比度的演變

    特別地在接近居里溫度(Tc)時(shí),研究揭示了一個(gè)中間狀態(tài),即立方相(C相)和四方相(T相)之間的迷宮狀疇結(jié)構(gòu)。這種迷宮狀疇被認(rèn)為是C-T相變過程中的中間狀態(tài),其出現(xiàn)和消失與鐵電疇的行為一致,并且與材料的熱電系數(shù)增強(qiáng)有關(guān)。

    240°C下兩種類型四方相疇壁的分析

    圖 240°C下兩種類型四方相疇壁的分析

    整體而言,這項(xiàng)研究不僅闡明了KNN單晶中鐵電疇演變對(duì)材料熱穩(wěn)定性和熱電性能的影響機(jī)制,而且為理解鐵電材料的熱響應(yīng)提供了新的視角,這對(duì)于開發(fā)新型高性能無鉛壓電材料具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。

    安徽澤攸科技有限公司作為中國本土的精密儀器公司,是原位電子顯微鏡表征解決方案的供應(yīng)商,推出的PicoFemto系列的原位透射電子顯微鏡表征解決方案,陸續(xù)為國內(nèi)外用戶的重磅研究成果提供了技術(shù)支持。

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    作者:澤攸科技


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