《反鐵電和多鐵薄膜的極化疲勞和反轉動力學研究》是依託西安交通大學，由婁曉傑擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：反鐵電和多鐵薄膜的極化疲勞和反轉動力學研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：婁曉傑
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
反鐵電和多鐵薄膜是當前功能材料領域研究的熱點，在記憶體、感測器、致動器、換能器和儲能器等方面有著非常廣泛的套用。但是，這些材料中有兩大基礎性問題還沒有得到很好的解決，即極化疲勞失效機理和反轉動力學機制。過去幾年，申請人在鐵電體的極化疲勞和反轉動力學方面均取得了一些具有突破性的成果，包括：（1）實驗上，成功解釋了困擾鐵電領域科學家們達半個多世紀之久的鐵電體極化疲勞現象；（2）創立了LPD-SICI極化疲勞模型；（３）創立了隨機統計的鐵電極化反轉理論，等等。在前期工作基礎上，本項目擬從幾類代表性的反鐵電材料（比如PbZrO3基反鐵電薄膜）和多鐵材料（比如BiFeO3基多鐵薄膜）入手，對其電疲勞機理，極化反轉機制以及它們之間的關聯進行系統地研究。我們期望在弄清楚其物理機理的基礎上，找到解決其極化疲勞的方法，獲得提高其極化反轉速度的手段，為反鐵電和多鐵薄膜器件的大規模工業化套用奠定堅實的基礎。
結題摘要
鐵電、反鐵電和多鐵材料是當前功能材料領域研究的熱點之一。因具有良好的鐵電性、壓電性、熱釋電性和電光等特性，鐵電和反鐵電材料被廣泛套用於記憶體、感測器、致動器、換能器和儲能器件等電子元件。而多鐵材料因其較大的磁電耦合特性，是近期非常熱門的一種功能材料。但是，鐵電、多鐵和反鐵電材料中有兩大重要物理現象目前人們還了解的不是很清楚，即：極化疲勞和翻轉動力學。 在本項目中，項目負責人及其團隊主要就以下幾個方面進行了系統的研究：（1）反鐵電和鐵電等材料的極化疲勞現象；（2）鐵電和反鐵電材料中的極化翻轉；（3）外加電場驅動下，鐵電和反鐵電材料的極化變化及其材料體系熵的變化，即電卡效應（正電卡或負電卡效應）。 本項目獲得的重要結果和關鍵數據如下： （a）提出了一個極化疲勞“有效電壓”的概念，指出：在通常條件下，決定鐵電或反鐵電薄膜極化疲勞的電場既不是交流驅動信號的最大電壓，也不是“平均電壓”，而是其“有效電壓”；發現其可逆和不可逆瑞利係數都隨著極化疲勞次數的增加而逐步減小，從而提出了一種通過測量瑞利係數來探測薄膜器件極化疲勞狀態的新方法。 （b）研究了極化疲勞對PZT鐵電薄膜器件光伏效應的影響。通過研究極化疲勞對PZT鐵電薄膜器件光伏效應的影響，項目負責人發現其開路電壓和閉路電流都隨著疲勞次數的增加而逐步減小，利用LPD-SICI 理論，項目負責人很好地解釋了上述實驗現象。 （c）首次預言了BaTiO3鐵電超薄膜中的巨彈卡效應；系統研究了無鉛鐵電陶瓷的巨電卡效應。系列論文發表在Adv Mater, Appl Phys Lett和Phys Rev B等國際著名學術期刊，被引200多篇次。 本項目的研究結果對科學家們正確理解鐵電、反鐵電和多鐵材料中的極化疲勞、翻轉動力學及電卡效應具有非常重要的意義。相關文章發表後，立即獲得了本領域科學家們的廣泛關注和引用（詳見正文部分）。通過本項目，項目負責人及其合作者共發表SCI論文42篇，其中通訊作者文章30篇。培養博士生2名，碩士生4名。
