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                顧豪爽教授團隊在無鉛壓電納米材料與器件領域取得新進展

                作者:通訊員◢曹凡   編輯:鮮文濤    來源:物理與電子科學★學院(微電子學院)  發布時間:2021/04/22

                近日,我校顧豪爽教授團隊在無鉛壓電微納傳感器件領域的研究取得新進展,以“Ultrahigh Piezoelectric Coefficients of Li-doped (K,Na)NbO3 Nanorod Arrays with Manipulated O-T Phase Boundary: Towards Energy Harvesting and Self-powered Human Movement Monitoring” (《正交-四方相界調控鋰摻雜鈮酸鉀鈉納米棒陣列的超高壓電常數:面向能量收集與自供電人體運動監測》)為題,發表於國際納米能源領域著名期刊Nano Energy。

                壓電材料可實現機械能與電能的互相轉換,已被廣泛應用於我們的日常生活中。近年來,具有類懸臂梁結構的一維壓電納米材料在微能量收集和智能傳感領域表現出極高的潛在應用價值。盡管PZT和PMN-PT等鉛基一維壓電納米材料具有極高的壓電常數和能量轉換效率,但有毒的鉛元素制約了此類高性能壓電納米材料在可穿戴和植入式器件等諸多領域的實際應用。開發高性能無鉛壓電一維納米材料,始終是壓ω電納米材料領域研究人員關註的熱點。

                圖1 Li摻雜鈮酸鉀鈉無鉛壓電納米陣列的自供電人體運動監測性ω 能

                鈮酸鉀鈉(KNN)基無鉛壓電納米材料具有優異的壓電性能和良好的生物相容性,被認為是最有前景的無鉛壓電材料之一。但KNN基無鉛壓電納米材料的壓電性能與鉛基材料相比仍有較大差距,如何提升材料壓電常數是該領域亟待解決的關鍵問題。本研究圍繞A位陽離子摻雜途徑在KNN單晶納米棒陣列中構建室溫正交-四方相界,結合摻雜改性引起的軌道雜化和納米棒生長過程伴隨的應力釋放,取得了該體系壓電納米棒在壓電常數上的突破,成功生長出平均d33高達554 pm/V、峰值d33達到814 pm/V的高性能無鉛〖壓電納米材料。基於材料高靈敏度的能量收集特性,開發了可監測人體關節運動等運動狀態的自供電可【穿戴傳感原型器件,在智能運動健康監測等領域具有廣闊的應用前景。

                顧豪爽教授團↓隊長期致力於低維納米材料及其能量轉換和傳感器件研究,在ACS Nano、Nano Energy和Sensor and Actuators B等國際權威期刊上發表系列高水平論文,先後承擔國家自然科學基金重大研究計劃培育項目、面上項目和科技部863計劃課題等研究◥課題。2021年以來,課題組成員在熱電、光伏能量轉換器件等領域取得一系列重要進展,相關成果以第一作者單位發表於Journal of Materials Chemistry A和Journal of Energy Chemistry等高水平國際期刊。該工作是課題組在壓電能量轉換領域取得的又一突破,論文第一】作者為物電學院2018級博士生姜蕾,團隊成員王釗教授和合作者新加◎坡國立大學John Wang教授為共同通訊作者⊙。

                論文鏈接:

                (審稿:王浩)


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