Проблемы исследования Стандартные представления о пьезоэлектричестве в сегнетоэлектрических кристаллах

В течение многих лет исследователи считали, что чем меньше размер домена в сегнетоэлектрическом кристалле, тем лучше пьезоэлектрические свойства материала. Однако недавние открытия исследователей штата Пенсильвания подняли вопросы об этом стандартном правиле.


Сегнетоэлектрические обладают спонтанными электрическими дипольными моментами, которые можно обратимо перевернуть, приложив электрическое поле. Домены – это области в сегнетоэлектрическом кристалле, дипольные моменты которых ориентированы в одном направлении. Пьезоэлектричество – это свойство материала, при котором кристалл генерирует электрический заряд под действием приложенной механической силы. Эта возможность позволяет использовать пьезоэлектрики в электронике, датчиках и исполнительных механизмах.

«Так много устройств в нашей повседневной жизни используют способность материала преобразовывать электрические сигналы в механические и наоборот», – сказал Бо Ван, докторант в области материаловедения и инженерии. «В большинстве этих приложений пьезоэлектрический материал играет ключевую роль. И самые современные пьезоэлектрические материалы – это сегнетоэлектрические материалы».

В микроскопическом масштабе сегнетоэлектрические состоят из многих доменов, и эти домены имеют размер от нескольких нанометров до миллиметров. Каждая область состоит из равномерного или почти равномерного распределения дипольных моментов, которые возникают при разделении зарядов. Области между соседними доменами известны как доменные стенки.

«Доменные стенки в сегнетоэлектрических кристаллах представляют собой границы раздела с очень малой толщиной, на которых дипольные моменты меняют свое направление. В исследовательском сообществе сегнетоэлектрических материалов хорошо известно, что эти доменные стенки имеют сильное влияние на пьезоэлектричество», – сказал Ван. «В сообществе существует общее мнение, что чем меньше размер домена или выше плотность доменной стенки, тем больше пьезоэлектрический коэффициент».

Однако недавняя работа и его сотрудников, опубликованная в Современные , бросает вызов этому расхожему мнению.

«Наша теория и вычисления показали, что такая традиционная точка зрения на самом деле не всегда верна», – сказал Ван.

Исследователи обнаружили, что идея о том, что меньшие домены приводят к более высокому пьезоэлектричеству, основана на очень ограниченных существующих данных без прочной теоретической основы.

“Основываясь на этом общепринятом мнении, многие в исследовательском сообществе пытались найти способы уменьшить все эти области для усиления пьезоэлектричества, и часто, когда они видят некоторое улучшение пьезоэлектрических характеристик, первое, что приходит на ум, это возможно, из-за меньшего размера областей “, – сказал Лун-Цин Чен, профессор материаловедения и инженерии Хамера, профессор инженерных наук и механики и профессор математики в Пенсильванском университете. «Наша работа обеспечивает теоретическую основу для корреляции пьезоэлектричества с симметрией кристалла, ориентацией кристалла и конфигурацией доменов».

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments