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BaTiO?陶瓷中非化学计量比诱导的铁电光伏效应开关行为
摘要: 通过流延法制备了一系列非化学计量比的钛酸钡(Ba/Ti=0.92-1.05)陶瓷芯片,研究了其铁电光伏(FPV)效应。当Ba/Ti摩尔比偏离化学计量比1%时,FPV性能急剧提升。同时观察到富钛与富钡样品间存在光电流方向切换现象。透射电镜分析显示其晶界(GB)存在显著差异——富钡样品中存在宽度为10-15纳米的异常晶界。该光电流切换现象被解释为非对称肖特基势垒诱导的光伏效应与本征FPV效应的竞争机制:富钡钛酸钡陶瓷中增宽的晶界抑制了本征FPV效应,从而引发切换行为。本研究为晶界在FPV效应中的关键作用提供了直接证据,或将推动光伏器件的发展。
关键词: 铁电光伏、钛酸钡、非化学计量比、开关行为
更新于2025-11-21 11:03:13
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基于高度(00l)取向组装的BaTiO?微片材的柔性超灵敏压电复合材料及其在可穿戴电子器件中的应用
摘要: 具有柔性和高灵敏度的压电可穿戴电子设备在健康监测、柔性机器人和人工智能领域受到越来越多的关注。本研究采用逐层自组装技术,制备了一种基于(00l)取向BaTiO3(BT)单晶微片的柔性有机-无机杂化复合材料,用于可穿戴电子器件。对于聚偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-TrFE))/BT单晶微片复合薄膜,其灵敏度比P(VDF-TrFE)/BT微粒复合薄膜和纯P(VDF-TrFE)薄膜高出近20倍。研究发现,BT微片的有序排列也有利于提高复合薄膜的强度。在P(VDF-TrFE)/BT单晶微片复合薄膜中,即使无机相含量高达53.8 wt%,其拉伸强度仍可达204.3 MPa,是纯P(VDF-TrFE)薄膜的四倍。此外,基于P(VDF-TrFE)/BT单晶微片薄膜的柔性压电可穿戴器件能有效提供监测人体活动(如发音、脉搏跳动频率和波形以及运动状态)的详细信息。这种高灵敏度、高强度的柔性压电复合材料在可穿戴设备和健康监测装置的应用方面具有巨大潜力。
关键词: 有机-无机杂化材料、可穿戴传感器、柔性压电复合材料、钛酸钡
更新于2025-11-21 11:01:37
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添加CuO的低烧结温度(Ba,Ca)(Zr,Ti)O3压电陶瓷的致密化行为改善与能量收集性能提升
摘要: 压电能量收集技术因其能为极低能耗设备提供可持续能源而备受关注。本研究提出一种氧化铜掺杂策略,开发出兼具低温烧结特性与优异发电性能的环保型(Ba,Ca)(Zr,Ti)O3(BCZT)压电能量收集器。氧化铜掺杂剂显著促进了BCZT陶瓷的致密化行为,在比未掺杂BCZT降低125°C的烧结温度下实现了致密细晶微观结构。此外,与未掺杂BCZT相比,氧化铜添加大幅减小了畴尺寸,从而促进陶瓷中的畴翻转。在保持居里温度(Tc)约120oC的同时,0.50摩尔%氧化铜掺杂陶瓷展现出显著增强的机电性能:优值d33×g33达6661×10-15 m2/N,高场压电常数d33*为873 pm/V,机电耦合系数kp为0.53,能量转换效率η达97%。在10 m/s2加速度下,0.50摩尔%氧化铜掺杂BCZT能量收集器实现了1.8 μW/mm3的高功率密度,较未掺杂BCZT提升约360%。这些发现表明氧化铜掺杂(Ba,Ca)(Zr,Ti)O3压电陶瓷在高功率密度能量收集应用中具有巨大潜力。
关键词: A. 烧结,C. 电学性能,D. 钛酸钡,B. 微观结构
更新于2025-11-14 17:28:48
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锂离子掺杂钛酸钡陶瓷中老化对电卡效应的影响
摘要: 老化会导致铁电材料(如介电和压电性能)发生显著变化。然而,老化对电卡效应(ECE)的影响尚未被研究。本工作探究了老化对受主(Li?)掺杂BaTiO?陶瓷电卡效应的影响。我们发现老化诱导的缺陷极化(PD)会降低掺杂样品的饱和极化强度,直至居里温度Tc=115℃。超过该温度后,PD失效,材料表现与新鲜样品无异。老化效应导致居里温度以下极化被抑制,使得老化样品的电学极化温度依赖性出现更陡峭的斜率变化,从而使Li?掺杂BaTiO?陶瓷在居里温度处的电卡温变提升高达23%。当Li掺杂量超过临界值时,同一样品中可同时观测到正负电卡效应。
关键词: 老化、钛酸钡、锂掺杂、电卡效应、缺陷偶极子
更新于2025-11-14 17:28:48
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[2018年IEEE ISAF-FMA-AMF-AMEC-PFM联合会议(IFAAP)- 广岛(2018.5.27-2018.6.1)] 2018年IEEE ISAF-FMA-AMF-AMEC-PFM联合会议(IFAAP)- 通过施加电压扫描的累积循环控制BaTiO?薄膜漏电流以实现ReRAM或神经形态应用
摘要: 我们发现了一种新现象:通过改变施加在薄膜电容器上的电压扫描累积循环次数,BaTiO3(BTO)薄膜的漏电流会出现大幅变化,本研究中观测到的最大变化比率达到10^7至10^9。这些漏电现象被认为与多个因素相关,例如BTO薄膜厚度、氧空位浓度、偏置电压、扫描速率等——因为载流子电子在氧空位中的俘获/释放过程会形成取决于其速率和浓度的竞争关系。这些结果表明,通过设计特定的电压扫描序列或方案可以调控漏电流,从而使其适用于阻变存储器(ReRAM)或神经形态计算应用。
关键词: ReRAM(阻变随机存取存储器)、漏电流、阻变特性、BaTiO3(钛酸钡)、氧空位
更新于2025-09-23 15:23:52
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重塑混合金属-介电纳米二聚体的二阶极化响应
摘要: 我们通过自下而上的方法组装金属-介质杂化纳米二聚体,将等离子体学的场限制效应与多重米氏共振的灵活性相结合。利用非线性二次谐波光谱和偏振测量技术,研究了金与钛酸钡(BaTiO3或BTO)异质二聚体中纳米颗粒间的电磁耦合。金纳米颗粒的局域表面等离子体共振偶极模式与BTO纳米颗粒中的偶极及高阶米氏共振模式的叠加,在可见光波段形成了杂化模式。我们采用"拾取-放置"技术在扫描电子显微镜下精准定位不同类型纳米颗粒,构建出直径可控的杂化纳米二聚体。通过线性散射光谱观测到纳米二聚体中杂化模式的形成,并证明可通过测量二次谐波(SHG)信号对泵浦光偏振和波长的依赖关系直接调控这些模式。实验与理论均表明:等离子体与米氏共振模式的杂化会导致纳米二聚体SHG偏振依赖性发生显著重构,且这种重构依赖于泵浦波长。通过将杂化纳米二聚体的SHG信号与单BTO纳米颗粒对比,我们估算了纳米二聚体内共振模式耦合带来的增强因子,发现相比孤立BTO纳米颗粒,其SHG信号增强可达两个数量级。
关键词: 电介质,二次谐波产生,钛酸钡,偏振依赖性,混合纳米天线,等离子体学
更新于2025-09-23 15:23:52
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电场对铁电体电卡效应的影响
摘要: 采用唯象理论研究了模型铁电体BaTiO3的电热效应。结果表明:外加电场强度是诱导电热响应的关键因素,且存在两种显著不同的电热响应模式。当施加中等电场时,电热温度变化较小但电热强度较高;而当施加极高电场时,电热温度变化较大但电热强度较低。这些结果与基于BaTiO3的块体和薄膜铁电材料的实验观测结果一致。
关键词: 钛酸钡,铁电体,电卡效应
更新于2025-09-23 15:23:52
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常规烧结羟基磷灰石-钛酸钡压电生物复合材料
摘要: 这项初期研究的核心目标是开发并表征具有独特性能的压电生物复合材料,作为承重骨科植入物。其灵感源于哺乳动物骨骼本身是压电材料,这一特性有助于骨折的自然愈合。我们采用了一种经济高效且适合工业化生产的常规烧结技术,将特定配比的羟基磷灰石(HA)和钛酸钡(BT)进行复合烧结。羟基磷灰石是哺乳动物骨骼的主要矿质成分,但不具备压电性;而钛酸钡则以优异的压电性能著称。二者的结合形成了压电生物复合材料。由于烧结过程中钛酸钡会分解为多种化合物,该过程具有反应活性。所得压电生物复合材料的平均晶粒尺寸介于1.75-1.9微米之间。值得注意的是,与纯羟基磷灰石相比,含40wt%钛酸钡的HA-40wt%BT复合材料抗压强度提升了15%。体外实验表明这些复合材料具有良好的生物活性和生物相容性。这些结果表明,常规烧结制备的HA-BT压电生物复合材料有望成为价格适中的承重植入物候选材料。
关键词: 骨科植入物,常规烧结,羟基磷灰石,钛酸钡
更新于2025-09-23 15:22:29
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具有BaTiO3梯度分布的石英陶瓷的制备及其电磁波吸收性能
摘要: 通过冷压含BaTiO3的粉末混合物后烧结,并采用逐层铺展粉末混合物(BTO含量渐增)与烧结相结合的技术,制备了具有均匀/梯度分布BaTiO3的石英陶瓷(U/G–SO–BTO)。详细研究了这两种陶瓷的电磁波吸收性能。对于U–SO–BTO样品,由于表面阻抗失配加剧,主要产生强电磁反射。当样品厚度为6 mm且BTO含量为8.0 wt%时,其电磁波反射率仅能达到?7.0 dB;当同时将样品厚度增至10.0 mm并将BTO含量降至5.0 wt%时,反射率仅略微降至?8.1 dB。对于G–SO–BTO样品,由于表面阻抗失配较弱,电磁波能以极小反射进入材料内部;且因界面阻抗失配微弱,进入材料的电磁波在传播过程中逐渐被吸收而几乎不产生反射。该类样品展现出优异的电磁波吸收潜力——其电磁波反射率可低于?12.0 dB,且当层厚从1.0 mm增至2.0 mm时,反射率能进一步从?12.2 dB降至?13.1 dB。
关键词: 阻抗失配、电磁波吸收、石英陶瓷、电磁反射、梯度分布、钛酸钡
更新于2025-09-23 15:22:29
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基于石墨烯和钛酸钡层的表面等离子体共振生物传感器灵敏度增强
摘要: 本文提出了一种基于表面等离子体共振的生物传感器,该传感器由棱镜、银层、钛酸钡(BaTiO3)和石墨烯层组成,采用角度检测法进行测量。该结构经过特殊设计,可进一步提高灵敏度并减小半高宽(FWHM),从而提升传感器性能。理论分析表明,当银层厚度为45纳米,搭配10纳米钛酸钡和单层石墨烯时,最高灵敏度可达257°/RIU。与现有生物传感器相比,本方案具有更高的灵敏度、更低的半高宽,且品质因数性能提升两倍,使其在生物传感器领域具有更广泛的应用前景。
关键词: 生物传感器、钛酸钡、石墨烯、灵敏度、表面等离子体共振
更新于2025-09-23 15:22:29