数据科学范式下的钙钛矿结构铁电新材料研究

 材料基因组计划倡导预测式新材料研发理念，推进高通量数据生产和利用技术，关注材料全生命周期价值。因此，材料基因组计划的执行需要在材料科学系统工程的框架下，集成统一计算、实验和理论等研究方法，以数据科学新范式为牵引、协同运用实验观测、理论建模和计算仿真研究范式，最终建立相关材料体系的性能与材料基因（原子系统的组成与结构）、工艺参数与使役条件之间的量化关系和数据库，实现新材料的按需设计和应用。本文在简单探讨科学研究范式、材料基因组计划和材料科学系统工程基本概念和方法的基础上，以钙钛矿结构氧化物铁电压电材料研究为例，探讨了数据科学范式下的新材料研究实践。结果表明，数据挖掘驱动的新材料设计确实可以降低探索时间和实验任务，加快新材料的发现和应用进程。     

准同型相界钛酸铋钠基铁电固溶体的电卡效应研究

利用铁电材料的电卡效应实现致冷成为当前国内外的研究热点之一.基于Maxwell关系,围绕着准同型相界组分的Bi0.5Na0.5Ti O3基无铅铁电固溶体,研究了其电卡效应,结果表明:该体系在5 k V/mm的外电场下,显示出优异的致冷特性,温度的变化量可达到1.15 K,相应的致冷强度可达0.23 K·mm/k V,在全新的固态致冷器件中显示出应用前景.     

弛豫铁电单晶铌镁酸铅-钛酸铅的工程畴结构研究

综述了目前对铁电晶体畴结构进行观测的主要技术方法,及国内外相关研究单位对新型弛豫铁电单晶铌镁酸铅-钛酸铅[(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PMN-xPT)]的工程畴结构的研究进展。以往的研究表明,该类单晶的机电性能与其工程畴结构之间存在着密不可分的关系,这些研究结果对阐明PMN-xPT单晶在不同极化方向与工程畴结构状态下,其优异机电性能的起源机制与发生规律,进而指导剪切波换能器、垂直极化方向的大应变驱动器等电机器件的设计与制作,具有重要的理论意义与实际应用价值。     

两表面层铁电薄膜体介质层效应理论研究

基于横场伊辛模型的平均场近似理论,研究了具有两个表面层铁电薄膜的体介质层对整个铁电薄膜相变性质的影响.给出了一个适合于研究任意层数具有两个表面层及体介质层铁电薄膜相变性质的递归公式.研究了体介质层的交换相互作用参量和横场参量对整个铁电薄膜相图的影响,以及交换相互作用参量对横场参量过渡值的影响和横场参量对交换相互作用参量的影响.结果表明,相图中铁电区、薄膜的居里温度、体介质层的横场参量过渡值均随体介质层的交换相互作用参量的增大而增大;体介质层的交换相互作用参量随体介质层的横场参量的增大而增大;而相图中铁电区、薄膜的居里温度却随体介质层的横场参量的增大而减小,并且发现体介质层的交换相互作用参量对薄膜的影响比其横场参量稍大些.最后也给出了两个表面层的交换相互作用对相图的影响.     

Gd/Nd掺杂对BiFeO3结构和铁电性能的影响

采用快速液相烧结工艺制备了多铁陶瓷材料Bi1-xGdxFeO3(x=0.00,0.05,0.10,0.15)和Bi1-xNdxFeO3(x=0.00,0.05,0.10),研究了稀土离子Gd/Nd掺杂对多铁材料BiFeO3相结构和铁电性能的影响.X射线衍射谱显示对于Gd/Nd掺杂Bi1-xRxFeO3体系,适量掺杂有助...     

外推长度对铁电存储材料BaTiO_3薄膜极化分布的影响

基于朗道-德文希尔（Landau-Devonshire）平均场热力学理论,计算并阐述了在非对称的边界条件下外延生长的铁电存储材料BaTiO3薄膜的极化特性,特别研究了外推长度在薄膜由顺电相到铁电相的相变中所表现出来的重要作用,得出铁电薄膜的极化特性及其分布强烈地依赖于外推长度的取值,揭示了外推长度在铁电薄膜的铁电相变中的物理本质.     

Electron emission from La-doped Pb（Zr,Sn,Ti）O3 antiferroelectrics by pulse electric field and the relevant physical mechanism

We investigate the characteristics of emission current waves of antiferroelectric cathode material lanthanum-doped lead zirconate stannate titanate （PLZST） triggered by pulse field, and analyze the relationship of the emission current waveforms with the extraction voltage. The close correlation between the triggering pulse polarity and emission current waveform observed evidences the relevant physical process of electron emission. We speculate that the primary emission may result from local phase transition and field emission in the vicinity of triple junctions, and the plasma formation may enhance the electron emission.     

溶胶-凝胶法制备(Bi, Nd)4Ti3O12铁电薄膜

采用溶胶凝胶法在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备了(Bi, Nd)4Ti3O12铁电薄膜.将薄膜分别进行每一层、每二层、每三层500 ℃空气中预退火10 min，分别称为样品a、b、c，最后都于氮气氛中680℃总退火半小时. 结果表明预退火工艺对薄膜的铁电性能影响很大.样品a、b的铁电性能(2Pr分别为47.8 μC/cm2和51.9 μC/cm2)远远高于样品c(2Pr = 28.7 μC/cm2).三组薄膜都呈现良好的抗疲劳特性.     

壳模型分子动力学优化新方法

提出了新的壳模型分子动力学优化方法来对壳位置进行优化.该方法的基本思想是利用多次迭代来确定模拟过程中壳的位置.分子动力学模拟的结果表明,该方法不但能够准确得到壳位置,计算效率比传统的优化方法要高,而且通过选择收敛因子还可以进一步控制计算精度和效率.该方法特别适合于对铁电材料的壳模型分子动力学模拟.     

预退火工艺对Bi3.15Nd0.85Ti3O12铁电薄膜性质的影响

采用溶胶一凝胶法在Pt／Ti／SiO2/Si基片上制备了Bi3.15Nd0.85Ti3O12铁电薄膜。将薄膜分别进行每一层预退火、每二层预退火、每三层空气中500℃预退火10min，分别称为a．b、c组薄膜，最后都于氮气氛中680℃总退火0．5h。结果表明，预退火工艺对薄膜的铁电性能影响较大，而对取向基本没有影响。同时，a,b两组薄膜的铁电性能（2Pr分别为47．8μC／cm2。和51．9μC／cm2）远远优于c组薄膜的铁电性（2Pr=28．7 μC／cm2）。所有Bi3.15Nd0.85Ti3O12薄膜都呈现良好的抗疲劳特性。