西安交大科研人员在柔性铁电领域取得新进展

微纳米尺度褶皱具有浸润性、光学透明性、摩擦和黏附等独特的表面性能,使其在可逆润湿、摩擦、黏附、光学等与表界面相关的智能器件领域具有广泛的应用前景。褶皱的形成主要利用硬质膜/弹性基体中薄膜与基体存在的热膨胀差异,当膜/基复合体系受到外界影响(如力、温度、溶剂等),可在表面形成压应力,当应力达到临界值后材料表面产生力学失稳而形成褶皱。基于褶皱的形成机理,薄膜层应具有较好的力学性能,因此目前褶皱薄膜层主要以高分子和金属材料为主。很少有功能氧化物薄膜被应用于褶皱结构中,这极大限制了微纳米尺度褶皱的应用范围。

西安交大科研人员在柔性铁电领域取得新进展

BaTiO3/PDMS褶皱结构的表面形貌及压电响应规律

近日,西安交通大学电信学部电子科学与工程学院刘明教授课题组、材料学院丁向东教授课题组及闽泰教授课题组合作,利用自支撑BaTiO3单晶薄膜的“既柔又弹”的力学性质与弹性体PDMS相结合,成功构建了BaTiO3/PDMS褶皱结构。在PDMS弹性体中,通过预加不同应力状态,可形成高度有序的条纹状、之字形和马赛克形等多种图案。同时,借助褶皱结构在BaTiO3单晶薄膜层中引入的周期性应力,发现了在平行褶皱结构中BaTiO3单晶薄膜层的波峰和波谷处的压电响应有规律的增强现象。其中,BaTiO3单晶薄膜层的波峰处面内方向压电响应强,在波谷处面外方向压电响应强。通过原子模拟计算和褶皱薄膜的微观极化表征,发现在BaTiO3单晶薄膜层在弯曲形成褶皱时,在波峰表面张应力区域形成面内极化,波谷表面形成面外极化,使BaTiO3单晶薄膜褶皱产生了周期性的压电响应变化。

此研究工作实现了铁电/压电褶皱薄膜的可控制备,揭示了褶皱特性对电极化和压电性能的影响,为开发基于铁电/压电褶皱薄膜的柔性电子器件提供了重要的理论和实验指导。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

该研究成果日前以“Periodic Wrinkle-Patterned Single-Crystalline Ferroelectric Oxide Membranes with Enhanced Piezoelectricity”为题在国际著名学术期刊《先进材料》(Advanced Materials, IF=27.398)上发表,西安交通大学为该论文的第一和唯一通讯作者单位。电信学部电子科学与工程学院董国华助理教授、材料学院李苏植教授、李桃教授和武海军教授为共同第一作者。刘明教授、周子尧教授、丁向东教授及闽泰教授为共同通讯作者。该研究成果是刘明教授课题组与丁向东教授课题组合作在Science发文后,在自支撑铁性薄膜领域发表的又一重要合作成果。

该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、陕西省重点研发计划、西安交大基本科研业务费及中国博士后科学基金等项目的资助。

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