石家莊鐵道大學首篇《Nature》，新型界面壓電材料研究突破

2020-08-31 化學加

近日，石家莊鐵道大學材料學院趙晉津教授團隊聯合英國華威大學，在新型界面壓電材料研究領域取得重大突破——研究發現異質節界面結構對稱性變化產生高效壓電和熱釋電性能，該研究從材料界面能帶角度，揭示了環境壓力和溫度改變誘導產生界面極性的基本規律。該成果發表在8月20日出版《自然》期刊（Nature, 2020, 584, 377–381，影響因子IF=42.778），石家莊鐵道大學材料學院和機械學院分別為該研究成果的貢獻單位。這是該校研究成果首次發表在國際頂級期刊《自然》上，為石家莊鐵道大學建校70周年獻上一份厚禮。

隨著全球能源需求的持續上升，大量電子設備廣泛應用到日常生活的方方面面，如何高效收集周圍環境中，常常被人忽略的能量成為眾多科學家研究的重要課題。新型發電設備往往兼具發電和傳感功能，不僅能將周圍環境中的機械能和熱能直接轉換為電能，還可以作為自供能傳感器不間斷的工作。

自1880年科學家發現壓電效應，至今已經有140年的歷史，但是將其應用於能量收集領域還是在近些年才引起人們的廣泛關注。壓電材料具有非中心對稱或極性對稱性質，壓電效應指直接將機械能轉換成電能，反之亦然，因此壓電材料成為實現能量轉換和信號傳遞的重要載體。而由外界溫度變化引起極性對稱改變產生表面電荷稱為熱釋電效應，是壓電效應的一種。然而，自然界存在的大量物質是中心對稱，並不具有壓電效應，如何開發一種通過外界環境誘導使物質形成非中心對稱從而具有高效壓電效應，是當前全球科學家關注的熱點和難點。

趙晉津教授團隊最新《自然》研究成果，發現中心對稱的物質「穿上金屬外衣」後可以產生內建電場，引起極性對稱，產生壓電和熱釋電突現效應。該新型壓電異質節結構可廣泛應用於傳感器、執行器和能量採集器，在聲學與超聲、醫療與健康，體育與休閒、控制與檢測、交通、人機界面、安防、物聯網等多個領域。


趙晉津教授團隊一直致力於鈣鈦礦結構材料壓電效應，以及壓電效應在能源和傳感器等領域應用研究。近年相關系列研究成果發表在國際頂級期刊《自然通訊》，《先進材料》，《科學通報》，《納米能源》（Nature Communications, 2018, 9, 4807；Advanced Materials, 2020, 2001107; Advanced Materials,2019, 31, 1902870; Science Bulletin, 2017, 62, 1173–1176; Nano Energy. 2019, 60, 476-84.）等。

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