无机钙钛矿CsPbX3晶体的低温溶液生长及应用研究进展

无机钙钛矿材料CsPbX₃(X=Cl,Br,I)具有光吸收系数高、发射谱线宽度窄、发光效率高等优异的光电性能,与目前在光伏领域大放异彩的有机-无机杂化钙钛矿材料相比,其在化学稳定性和热稳定性方面更胜一筹。文章就CsPbBr₃晶体的低温制备方法及其在光电探测器、发光二极管、激光、高能射线探测等领域的应用研究进展进行了分析和总结。     

基于Al0.8Sc0.2N压电薄膜MEMS声波器件的研制

该文介绍了一种由5×5个半径为200 μm圆形阵列组成,应用于水听器的高性能压电微机电系统(MEMS)声波器件,尺寸为3 mm×3 mm。采用钪掺杂(质量分数为20%)增强了AlN薄膜的压电系数,并通过双电极结构配置及优化结构尺寸来增强声压作用下的电信号输出,以实现压电MEMS声波器件具有更好的接收灵敏度。声波器件在空气中的接收灵敏度为-166.8 dB(Ref.1 V/μPa),比相同结构基于AlN薄膜的声波器件约高2.6 dB。在50 Hz~3 kHz带宽范围内,器件灵敏度曲线变化小于1.5 dB,具有平坦的声学响应。结果表明,基于Al_0.8Sc_0.2N薄膜的压电MEMS声波器件具有更高的接收灵敏度,经水密封装制成的水听器可应用于管道泄漏探测及海洋噪声监测等工程中。     

Pb(Zn1/3Nb2/3)0.2(Hf1-xTix)0.8O3陶瓷压电能量收集特性研究

采用铌铁矿前驱体两步法制备了Pb(Zn_1/3Nb_2/3)_0.2(Hf_1-xTi_x)_0.8O₃(PZNH_1-xT_x)钙钛矿压电陶瓷,研究了铪钛比对陶瓷相结构、电学性能和能量收集特性的影响。结果表明,当x=0.52时,陶瓷样品位于准同型相界,具有最优综合压电性能：居里温度T_C=287 ℃,品质因数FOM≈14 753×10^-15 m²/N,压电电荷常数d₃₃=492 pC/N。由该组成材料构建的悬臂梁型压电能量收集器输出功率密度高达4.16 μW/mm³,所转化的电能可成功点亮138盏并联的LED灯。结果表明,PZNHT陶瓷在压电能量收集领域具有良好的应用潜力。     

环形叉指电极型压电鼓膜驱动器的制备及其性能测试

制备了一种基于Pb(Zr52)O₃(P ZT52)材料的自适应光学用压电驱动器。驱动器采用鼓膜结构, 其工作区域由主动层—PZT52压电层和被动层—ZrO₂/Si复合层两部 分构成。PZT52压电层 采用环形叉值电极(IDT)驱动。采用Si(100)单晶作为衬底,并采用 溶胶-凝胶(Sol-gel) 法在其上制备ZrO₂阻挡层和PZT52压电层,其中引入PbTiO₃(PT) 种子层有利 于PZT52膜层的(110)择优取向。随后在其上热 蒸镀Al顶电极,并采用光刻方法制备图形,得到的IDT电极最大环形直径为 10.5mm,电极间距为0.05mm,中心非激活区 域直径为2mm。鼓膜结构则通过对Si衬底背部 进行各向异性湿法刻蚀(ODE)得到,保留的支持层厚度为5～10μm, 直径为 12mm。测试结果表明,压电驱动器阵列单元在100kV/cm驱动下,可产生6.5μm左右的形 变量。最后利用有限元分析方法(FEM)拟合了压电驱动器单元的面型,并分析了其形变模式 产生的内部原因。     

MgF2/Se薄膜封装层对OLED性能及寿命的影响

有机电致发光器件(OLEDs)在使用过程中,易受到 空气中水汽、氧气及其它污染物的影响从而导致其工作寿命降低。本文将具有良好光透过率 和热稳定性的MgF₂薄膜与在水汽和氧气中具有良好稳定性的Se薄膜通过真空蒸镀制成复 合薄膜作为OLEDs的封装层,以达到提高器件使用寿命的目的。器件各功能层蒸镀完成后, 保持真空度(3×10－4 Pa)不变,在阴极表面蒸镀MgF₂/Se薄 膜封装层。比较 了绿光OLED器件(器件结构为ITO/CuPc/NPB/Alq₃:C-545T/Alq ₃/LiF/Al)封装前后的亮度-电压-电流密度特性、电致发光光谱及寿命。研究 发现,经过MgF₂/Se封装后,器件的电流密度-电压特性、亮度和发光光谱几乎没 有受到影响,二者的光谱峰都在528 nm处,色坐标(CIE)分别为(0.3555,0.6131)和(0.3560,0.6104),只是起亮电压由3V变为4V;器件的寿命由原来的175h变为300h,提高了1.7倍 。因此,MgF₂/Se薄膜是一种有效的OLEDs无机薄膜封装层。     

0.75PZT-xPZN-(0.25-x)PNN压电陶瓷的相结构和电性能

采用传统固相法制备了0.75Pb(Zr_1/2Ti_1/2)O₃-xPb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-(0.25-x)Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃(0.75PZTxPZN(_0.25-x)PNN,摩尔分数x=0.05,0.10,0.15,0.20)压电陶瓷,研究了x值对陶瓷晶体结构、烧结特性、微观组织和介电、铁电、压电性能的影响规律。结果表明,陶瓷中三方相和四方相共存,当x=0.10~0.20时,陶瓷组分位于准同型相界(MPB)附近。随着PZN含量的增加,三方相含量减少,四方相含量增加,陶瓷的介电常数(ε_T)、压电常数(d₃₃)、机电耦合系数(k_p)和能量转化因子(d₃₃×g₃₃)均随之先增大后减小,当x=0.15时,0.75PZT-0.15PZN-0.10PNN陶瓷具有最佳电学性能,即ε_T=1 850,公电损耗tan δ=0.029,居里温度T_C=280 ℃,d₃₃=370 pC/N,k_p=0.67。     

Sn-Ge改性BCZT无铅压电陶瓷的结构与性能

采用传统的固相反应法将Sn、Ge以不同质量比掺入(Ba_0.85Ca_0.15)(Zr_0.09Ti_0.91-_2xSn_xGe_x)O₃(x为质量比)无铅压电陶瓷中，研究其相结构、微观组织、介电性能和压电性能的影响。结果表明，Sn、Ge掺入晶体内部后仍为单一的钙钛矿结构，没有明显的第二相产生，但掺杂引起了晶体内部晶格的变化。随着Sn、Ge掺杂量的逐渐增加，其压电常数和机电耦合系数呈现先增大后减小的趋势。当Sn、Ge的掺杂量x-=0.032时，该体系的居里温度最高(为122 ℃)。     

异质三明治结构柔性薄膜压电纳米发电机研究

采用旋涂法制备不同质量分数还原氧化石墨烯(rGO)的PVDF/rGO复合薄膜。采用层层堆叠法构建层层组装异质三明治结构(PVDF/rGO-PVDF-PVDF/rGO)的压电纳米发电机(PNG)。系统研究了rGO掺杂、异质结构设计对压电输出性能的影响。研究结果表明，在掺杂rGO质量分数为0.4%时，单层PVDF/rGO复合薄膜压电纳米发电机的开路电压达到1.76 V，短路电流达到0.18 μA。层层组装异质类三明治结构PVDF/rGO_0.4-PVDF-PVDF/rGO_0.4的PNG，开路电压高达7.72 V，是单层PVDF/rGO复合PNG的4.39倍；短路电流可达0.69 μA，是单层PVDF/rGO复合PNG的3.83倍，这促进了电荷的转移，提高了电荷利用率。PVDF/rGO_0.4-PVDF-PVDF/rGO_0.4复合层层异质结构PNG经过4 000次循环敲击测试，三层异质复合PNG压电输出稳定，有望在柔性可穿戴电子器件、人机交互及电子皮肤等领域得到广泛应用。     

高温无铅压电材料研究进展

随着航空航天、石油化工等领域的快速发展以及可持续发展战略的实施,高温无铅压电材料的作用愈发重要。该文总结了具有高居里温度点无铅压电材料的研究进展,主要包括钙钛矿型的BiFeO₃基和BiAlO₃基陶瓷、铋层状陶瓷、钙钛矿层状结构陶瓷以及铌酸锂、硅酸镓镧和硼酸氧钙稀土等压电单晶。最后总结了目前高温无铅压电材料中存在的问题,并提出其发展方向。     

Sr取代硬性PMS-PZT压电陶瓷研究

采用常规固相反应法合成了Pb_1-xSr_x(Mn_1/3Sb_2/3)_0.05Zr_0.48Ti_0.47O₃+0.25%CeO₂+0.50%Yb₂O₃+0.15%Fe₂O₃ (PMS-PZT, x=0, 0.02, 0.04, 0.06)的三元系硬性压电陶瓷。采用X线衍射仪、准静态压电常数测试仪和铁电测试仪系统地研究了Sr取代对PMS-PZT陶瓷的相结构及电学性能的影响。实验结果表明,无Sr取代和有Sr取代的PMS-PZT压电陶瓷均具有单一的四方相晶体结构。当x=0.02时,PMS-PZT的性能最佳:d₃₃=415 pC/N,Q_m=522,T_C=291 ℃,k_p=0.64,ε_r=1 304,Pr=11.32 μC/cm²,Ec=9.05 kV/cm。