铁性智能材料的研究现状和发展趋势

铁性智能材料是具有感知温度、力、电、磁等外界环境并产生驱动效应的一类重要功能材料,主要包括形状记忆、磁致伸缩和压电3大类材料。由于历史原因,形状记忆、磁致伸缩和压电等3类铁性智能材料却被分散在马氏体、铁磁和铁电等几个不同领域独立研究,只能借助各自领域的有限思路进行材料研发,虽取得不少成果但逐渐遭遇到原理性瓶颈。近年来,国际上出现了将3类铁性智能材料作为一个统一体进行研究的新趋势,文章将结合现代产业和国防技术对形状记忆材料、磁致伸缩材料和压电材料的要求以及遭遇到的瓶颈问题,对铁性智能材料研究现状和发展趋势进行综述,并由此可望提供高性能铁性智能材料的物理新机制。     

基于共同物理基础的铁性智能材料研究概况

铁性智能材料是具有感知温度、力、电、磁等外界环境并产生驱动(位移等)效应的一类重要功能材料,主要包括形状记忆、压电和磁致伸缩三大类材料。长期以来,三类铁性智能材料的研究分布在几个不同的领域,没有形成共同的物理基础,从而导致只能运用有限的学术思路指导智能材料的研发。近年来实验探索研究成果表明:三类看似不同的铁性智能材料从序参量、畴结构到宏观性能层次具有高度的物理平行性,表明它们具有共同的物理基础,据此可望提供高性能铁性智能材料的物理新机制。     

新型钙钛矿型铁电陶瓷BSPT研究进展

(1-x)BiScO3-xPbTiO3(BSPT)是一种新型钙钛矿型结构的铁电体.BSPT体系在x=0.64附近有三方相和四方相的准同型相界(MPB).BSPT陶瓷的制备主要采用传统的电子陶瓷制备方法,包括常压法和高压法.BSPT陶瓷具有优良的介电和压电性能,居里温度Tc比Pb(Zr,Ti)O3(PZT)的高.综述了近年来对BSPT陶瓷的研究进展,重点介绍了邻近MPB的0.36BiScO3-0.64PbTiO3铁电陶瓷的性能.同时还介绍了掺杂对BSPT陶瓷的影响.     

驰豫型铁电本在准同型相界的压电性能

ＰＭＮ、ＰＺＮ、ＰＮＮ等驰豫型铁电体与ＰＴ形成的溶体在准间型相界附近具有良好的压是性能。在ＰＭＮ、ＰＺＮ的单晶材料中,Ｋｐ高达９２％,ｄ３３达到１５００ＰＣ／Ｎ,在以ＰＭＮ,ＰＺＮ、ＰＮＮ为基的陶瓷材料中,ｄ３３分别达到６９０ＰＮＣ／Ｎ和５４０ＰＣ／Ｎ,Ｑｍ在１００左右,这类材料的共同特点是机电耦合系数和压电系数较大,而品质因数较小,在压电换能器和致返回顺领域具有很好的应用前景。     

硫系玻璃结构的RMC计算机模拟

以Ｘ射线衍射分析结果等为基础，用逆ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法研究Ｔｅ－Ａｓ－Ｇｅ硫系玻璃的结构，获得了直观而丰富的结构信息。     

CaO-Al2O3-SiO2系玻璃分相的计算机模拟

据结晶学、热力学与动力学理论,利用ＴＥＭ、图象分析仪和计算机,模拟了ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２系玻璃的液滴状分相过程,研究中,结合相变理论与实验数据,建立了数学－逻辑复合分相模型,模拟结果表明,由成核－生长机理控制的玻璃液滴状分相,形成对数分布的主要条件是：液滴相临界半径大某一徨定范围内波动：液滴相生长相对线速度应是５％～１０％;而开始分相液滴相临界半径和终止分相对液滴相半径的绝对值与分布类型无     

弛豫型铁电体在准同型相界的压电性能

ＰＭＮ、ＰＺＮ、ＰＮＮ 等弛豫型铁电体与ＰＴ 形成的固溶体在准同型相界附近具有良好的压电性能。在ＰＭＮ、ＰＺＮ 的单晶材料中,ｋｐ 高达９２ ％ ,ｄ３３ 达到１５００ｐＣ／ Ｎ, 在以ＰＭＮ、ＰＺＮ、ＰＮＮ 为基的陶瓷材料中,ｄ３３ 分别达到６９０ｐＣ／ Ｎ、６８０ｐＣ／Ｎ 和５４０ｐＣ／ Ｎ,Ｑｍ 在１００ 左右。这类材料的共同特点是机电耦合系数和压电系数较大,而品质因数较小,在压电换能器和致动器领域具有很好的应用前景。     

(Na0.5Bi0.5)TiO3基弛豫铁电体相变的研究进展

钛酸铋钠((Na0.5Bi0.5)TiO3,NBT)是一种典型的A位复合钙钛矿结构弛豫铁电体,具有复杂的相变序列,介电温度峰呈现明显的弛豫性.总结了NBT弛豫铁电体的相变及NBT基复合铁电体准同型相界的研究进展;从晶体结构出发,通过与B位复合型钙钛矿结构弛豫铁电体类比,对A位复合型NBT的弛豫机理进行了探讨,提出NBT弛豫性来源于其A位离子有序-无序引起的B位离子位移的变化.     

弛豫铁电材料在准同型相界附近结构和性能研究的最新进展

铅系钙钛矿结构弛豫铁电材料在准同型相界区域的单晶,因为具有优异的介电、压电性能及潜在的应用前景,近年来已经引起了广泛的重视,本文较详细地介绍了其反常性能的一些特征,以及对其起源在理论及实验观察上的最新进展,重点介绍了自发极化在外场下进行偏转的理论,以及近年来用同步辐射的Ｘ射线衍射实验研究结果,发现在原先以为只有菱方相和四方相的准同型相界区域存在着单斜相．     

CaO-Al2O3-SiO2系玻璃分相的计算机模拟

据结晶学、热力学与动力学理论, 利用 Ｔ Ｅ Ｍ、图象分析仪和计算机, 模拟了 ＣaO-Ａｌ_２ Ｏ_３-Ｓｉ Ｏ_２ 系玻璃的液滴状分相过程, 研究中, 结合相变理论与实验数据, 建立了数学 逻辑复合分相模型, 模拟结果表明, 由成核 生长机理控制的玻璃液滴状分相, 形成对数分布的主要条件是： 液滴相临界半径必须在某一特定范围内波动; 液滴相生长相对线速度应是５ ％ ～１０ ％ ; 而开始分相液滴相临界半径和终止分相时液滴相半径的绝对值与分布类型无关本模拟方法为控制玻璃的纳米结构、研制特殊性能的玻璃材料提供了一种新的手段     

Flexible highly-effective energy harvester via crystallographic and computational control of nanointerfacial morphotropic piezoelectric thin film

Controlling the properties of piezoelectric thin films is a key aspect for designing highly effident flexible electromechanical devices.In this stud~ the crystallographic phenomena of PbZr1-xTixO3 (PZT) thin films caused by distinguished interfacial effects are deeply investigated by overlooking views,including not only an experimental demonstration but also ab initio modeling.The polymorphic phase balance and crystallinity,as well as the crystal orientation of PZT thin films at the morphotropic phase boundary (MPB),can be stably modulated using interfacial crystal structures.Here,interactions with MgO stabilize the PZT crystallographic system well and induce the texturing influences,while the PZT film remains quasi-stable on a conventional Al2O3 wafer.On the basis of this fundamental understanding,a high-output flexible energy harvester is developed using the controlled-PZT system,which shows significantly higher performance than the unmodified PZT generator.The voltage,current,and power densities are improved by 556％,503％,and 822％,respectively,in comparison with the previous flexional single-crystalline piezoelectric device.Finally,the improved flexible generator is applied to harvest tiny vibrational energy from a real traffic system,and it is used to operate a commercial electronic unit.These results clearly indicate that atomic-scale designs can produce significant impacts on macroscopic applications.     

Sm掺杂增强PZT基弛豫型铁电陶瓷压电性能研究

锆钛酸铅(PZT)基压电陶瓷是一类应用非常广泛的功能材料,可应用于水声换能器、压电马达、医疗超声换能器以及声表面波滤波器等。通过改性提高PZT基压电陶瓷的压电性能一直是该领域的研究热点。本工作采用传统固相反应法制备了准同型相界(Morphotropic Phase Boundary, MPB)组分的Sm-0.25PMN-0.75PZT压电陶瓷,并对其微观结构以及宏观性能进行了系统研究。研究结果表明:引入Sm³⁺可以增强压电陶瓷的局域结构异质性,提升介电响应从而提高压电性能。当Sm³⁺引入过多时,铁电极化的长程连续性被大面积打断,压电性能下降。本实验中得到的最优组分压电陶瓷性能为:高压电系数d₃₃～824 pC/N,高压电电压常数g₃₃～27.1×10^–3m²/C和相对较高居里温度T_C～178℃,电致应变在室温至150℃范围内低于5%,有较好的温度稳定性,是极具应用前景的高性能压电材料。     

智能型聚合物材料的研究进展

智能型聚合物材料是目前药剂学研究的热点。综述了温度响应型、pH响应型、磁响应型、光响应型和多重刺激响应型智能聚合物材料的研究进展,介绍了各种智能型聚合物材料的主要性质及其在药物释放系统中的应用,展望了各种智能材料的发展和应用前景。     

智能材料与结构的发展研究

智能材料与结构是由世界发达国家在８０年代发展起来的一项高新技术，智能结构就是把传感器，致动器，光电器件和微型处理机等预先埋置在复合材料层压板内形成的。由于它奇特的功能和潜在的应用，目前已成为航空天部门专家和工程师们广为关心的课题。本文介绍了国外智能材料与结构的最新发展和应用，智能结构的组成和制造方法，最后讨论了目前存在的问题和我国开展智能结构发展研究的建议。     

国内外玻璃行业用高温耐蚀材料的研究进展

叙述了国内外玻璃工业常用高温耐蚀材料的应用现状,并就其中的金属及合金材料在熔融玻璃中的腐蚀机理作了介绍。另外,还对未来玻璃工业用高温耐蚀材料的发展趋势作出了展望。     

相变储能材料的腐蚀性与封装材料研究进展

相变储能材料通过相变过程释放热能。通过利用相变材料的相变潜热来实现能量的储存和利用,提高能效和开发可再生能源,是当今能源科学和材料科学领域中一个十分活跃的前沿研究方向。技术人员选择包装材料对相变储能材料进行封装,以便相变材料释放的热能应用于实际生活中。封装材料和封装技术的有效选择往往决定实际应用效果。综述了目前国内外在相变材料对存储材料的腐蚀性及相变储能材料的封装技术方面的研究成果,并展望了今后的研究重点。     

基于复合相变储能材料的研究进展

相变储能材料具有储热密度高,储热过程中温度变化非常小的优点。相变储能材料已广泛应用于热泵、太阳能利用等领域。本文综述了近些年来复合相变储能材料的研究状况,包括相变储能材料的制备、传热强化、相变过程数值模拟和应用等,并对复合相变储能材料的发展作了展望。     

有机固-固相变材料的研究进展

综述了多元醇与层状钙钛矿的研究进展,介绍了多元醇二元体系和几种“层状钙钛矿”相变材料的性能、储能机理和优缺点,提出一些可供选择的固—固相变材料,并指出几点研究相变材料时需要解决的问题。