C的新设计策略创建ultrahigh-performing压电陶瓷开门更有益的使用这些材料,根据一个研究小组从宾夕法尼亚州立大学和密西根科技大学。欧洲杯足球竞彩
“很长一段时间,压电多晶陶瓷显示有限压电响应单晶相比,“副副总裁沙Priya说研究和宾夕法尼亚州立大学的材料科学与工程教授和这项研究的共同作者发表在《先进科学。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球“有很多机制,限制压电多晶陶瓷材料的大小。欧洲杯足球竞彩在本文中,我们演示了一个新颖的机制,让我们增强压电系数的大小比通常预计的陶瓷高上几倍。”
的压电系数描述材料的压电响应水平,以微微库伦/牛顿。
”我们取得了接近2000微微库伦/牛顿,这是一个重大的进步,因为在多晶陶瓷,这一直是限制在大约1000级每牛顿微微库伦,”Priya说。“2000陶瓷社区被认为是一个遥不可及的目标,实现这一数字是非常戏剧性的。”
发现了新的机制之路开始于一个问题:什么因素控制压电常数的大小——压电常数是作用力的电荷产生的一个单位,每牛顿微微库伦,反过来依赖于中尺度效应发生在原子。
“我们想知道一些基本的效果,几乎在原子尺度的基本参数,限制或控制反应”Priya说。密歇根理工大学“使用多尺度模型,这是一个组合不同的建模技术来桥长度的规模,我们进行了非常详细的调查两种现象”。
一个是化学异质性,描述了不同元素的原子分布在纳米尺度上的材料。这是很重要的,因为不同的原子位置和网站,他们占领压电响应至关重要。第二种是各向异性,晶体取向的影响。这是很重要的,因为压电性能在沿着某些晶体材料更高的方向发展。
“想象的材料就像一个立方体-;一个立方体有不同的轴,对角线,身体斜,所以压电响应改变所有这些不同的方向,“于美国,在材料科学与工程教授,密西根科技大学说。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球“所以,我们表明,通过调整所有谷物的陶瓷材料在某些晶体轴,我们可以得到一个非常高的压电响应。我们创建了一个很高的地方异质性和非常高的陶瓷材料中晶粒取向,以及这两种基本控制参数的结合导致了高压电陶瓷的反应。”
研究人员发现,如果你添加少量的稀土元素铕陶瓷,铕将占用立方晶格的角落。这将创建所需的材料的化学异质性高的压电响应。研究人员能够进一步放大反应通过面向水晶谷物的99%。
这两个的组合效应尚未探索之前,根据Yongke燕,助理研究教授在材料科学与工程和作者在本研究中。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
“我认为这个机制,我们能够识别不仅会导致增强,导致戏剧性的增强,并推动它接近理想值,这远高于许多人所期望的,”燕说。
收集必要的数据来证明他们的概念,Priya和他的团队共事Dabin林,曾与宾夕法尼亚州立大学材料研究所访问学者(MRI)的讲师,目前在西安科技大学光电的工程在中国,和柯王,核磁共振表征实验室科学家在核磁共振的材料。这包括收集数据通过扫描透射电子显微镜的陶瓷材料,它们结合能量色散x射线欧洲杯足球竞彩能谱(EDS)技术。EDS可以确定哪些化学元素存在,使研究人员能够“看到”在单原子级别的铕存在陶瓷的方式使其异质性高的压电响应所必需的。
这些发现有可能导致改进甚至小说压电材料,各种新的执行器和传感器的应用。欧洲杯足球竞彩这可能意味着更好的机器人、传感器、变压器、超声马达和医疗技术。此外,由于超高压电陶瓷在研究中可以使用传统的多层加工制造工艺,材料会有成本效益的和可伸缩的。欧洲杯足球竞彩
“人们受益于电子,它们存在于很多事情,比如机器人,显微镜,运输系统,任何个人设备的屏幕如电话,医疗设备,如身体成像或扫描工具,甚至用于太空探索喜欢机器人,可能操作飞船外,“Priya说。“所有这些事情可以提高超高压电陶瓷。”
Priya,柯,杨,燕和林,来自宾夕法尼亚州立大学的研究的其他合作者包括朱(音),访问学者,Haoyang愣,博士生材料科学与工程;欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球李院长助理研究教授材料科学与工程;欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球Hairui刘,在材料科学与工程博士后研究员。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球耿身子,教练在密西根科技大学材料科学与工程,也是一个欧洲杯足球竞彩合作者。欧洲杯线上买球
支持这项研究是由美国国防部国防高级研究计划局和美国国家科学基金会。欧洲杯线上买球
