一維鐵電納米線和納米管的表面及尺寸效應研究

《一維鐵電納米線和納米管的表面及尺寸效應研究》是依託中山大學，由鄭躍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：一維鐵電納米線和納米管的表面及尺寸效應研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：鄭躍
• 依託單位：中山大學

中文摘要

隨著現代微、納信息技術的迅猛發展，光電器件微型化的需求引領鐵電材料研究朝著微、納尺度及高集成化方向發展。由於鐵電納米線、納米管是製備鐵電微、納器件的關鍵材料，因而深入研究其相關特性顯得非常重要。一維鐵電納米線、納米管與體材料相比，在性質上存在巨大差異，當尺寸降到納米範圍時，表面及尺寸效應對其性能影響至關重要。對於一維鐵電納米線、納米管的製備及性能測試研究近年開始被報導，但關於其納米尺度下的微觀量子結構、表面及尺寸效應理論機理以及相關特性變化規律等理論研究報導甚少。本項目主要以典型ABO3型鐵電納米線、納米管為重點，力求運用力學、熱力學、相場理論及第一性原理方法，系統建立鐵電納米線、納米管的性能解析模型，全面分析表面及尺寸效應本質機理，深入探討鐵電納米線、納米管相變、極化、介電、微觀結構、鐵電疇演化、壓電、熱電等性能。研究結果將為探討低維納米鐵電材料性能和微、納鐵電器件設計開發提供理論保障。

結題摘要

基於近些年來科研人員對微、納器件的研究，總結而言光電器件微型化的需求引領功能材料研究朝著微、納尺度及高集成化方向發展。由於功能材料相關的納米線、納米管是製備功能微、納器件的關鍵材料，因而深入研究、分析和總結其相關特性顯得非常重要。多年來我們一直針對低維功能鐵電材料的進行研究，一維鐵電納米線、納米管與體材料相比，在性質上存在巨大差異，當尺寸降到納米範圍時，表面及尺寸效應對其性能影響至關重要。在本項目的支持下，課題組近三年系統研究了一維鐵電納米線、納米管的相關特性。理論方面，本項目主要以典型鐵電納米線、納米管為重點，運用連續介質力學、唯相熱力學、相場理論及第一性原理方法，系統建立了考慮表面張力、表面邊界及尺寸效應的鐵電納米線、納米管相關特性解析模型、相場動力學模型及分子動力學模型，全面分析表面效應及尺寸效應本質機理，深入探討了鐵電納米線、納米管相變、極化、介電、微觀結構、鐵電疇演化等特性隨尺寸、溫度改變的變化規律；更重要的是，研究結果發現一維鐵電納米線、納米管的表面張力對內部極化和居里溫度的增強機制，解析給出了其表面增強的理論模型；實驗方面，我們分別製備了多根及單根鐵電納米線、納米管，結合理論研究系統分析和測量了其相關特性，總結出鐵電納米線及納米管諸多特有的性能。在本項目資助下，課題組研究成果共發表SCI收錄學術論文20餘篇，其中包括Scientific Reports, ACS Nano, Acta Mater, Appl. Phys. Lett.等頂尖及高影響期刊。總體而言，我們完成了本項目的既定方案和目標，研究結果更為進一步探討探討低維納米鐵電材料性能和微、納鐵電器件設計開發提供理論基礎。