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资源环境与材料学院罗能能教授团队在无铅反铁电材料上取得重要研究成果(2023-04-10)

来源:资源环境与材料学院     文字作者:马力    图片作者:马力    发布时间:2023-04-10    阅读数:

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近日,我校资源环境与材料学院罗能能教授团队在铌酸钠(NaNbO3)无铅反铁电材料上成功实现典型双电滞回线,解决了NaNbO3反铁电体中困扰学界近70年的难题。该成果以“具有典型双电滞回线的NaNbO3反铁电体”(“Well-defined double hysteresis loop in NaNbO3antiferroelectrics”)为题发表于《自然·通讯》(Nature Communications)。罗能能教授为第一作者和通讯作者,广西大学为第一单位。澳大利亚伍伦贡大学、清华大学、北京理工大学、香港理工大学为该工作的重要合作单位。这也是该团队近年来在《自然·通讯》发表的第2篇关于反铁电材料的学术论文。

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反铁电体具有特殊的双电滞回线特征、大的极化强度和应变,在电介质储能、电卡制冷、大应变制动等领域具有重要的前景。NaNbO3作为一类重要的无铅反铁电材料,自诞生以来距今已有70年的历史。然而,虽然NaNbO3具有典型的反铁电体结构特点,但在电场作用下只能获得方形的类似铁电体的电滞回线,限制了其实际应用。针对上述问题,罗能能教授团队首先对NaNbO3的多层次结构进行了分析,并结合第一性原理计算提出了一种“降低氧八面体倾斜角”来稳定反铁电P相的新策略。基于上述分析,团队成功在0.75NaNbO3−0.20AgNbO3−0.05CaHfO3陶瓷中实现了P和Q相的可逆相变,获得了可与铅基反铁电体比拟的典型双电滞回线,即具有小的电滞回线回滞、低剩余极化强度、高的相变临界电场和零负应变。通过测试首圈和第二圈的电滞回线,应变曲线,极化后的压电常数,以及原位变电场拉曼等方法证明新设计的组分具有优异的反铁电-铁电可逆相变。同时,罗能能教授团队采用STEM和同步辐射XRD证实了八面体倾转角的降低是实现典型双电滞回线的原因,从而证实了调控晶格旋转畸变稳定反铁电相这一思想的正确性。本研究也为新型无铅反铁电材料的开发提供了从材料设计、理论预测和实验验证的科学范式。


编辑:梁祖福

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