色哟哟视频在线观看-色哟哟视频在线-色哟哟欧美15最新在线-色哟哟免费在线观看-国产l精品国产亚洲区在线观看-国产l精品国产亚洲区久久

0
  • 聊天消息
  • 系統消息
  • 評論與回復
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學習在線課程
  • 觀看技術視頻
  • 寫文章/發帖/加入社區
會員中心
創作中心

完善資料讓更多小伙伴認識你,還能領取20積分哦,立即完善>

3天內不再提示

怎么讓脆性鐵電單晶實現抗疲勞超彈性能?

ExMh_zhishexues ? 來源:知社學術圈 ? 作者:知社學術圈 ? 2021-06-16 10:22 ? 次閱讀

超彈性材料因其獨特的力學性能,在可變性結構、機器人微機電系統(MEMS)等領域具有廣泛應用。傳統的形狀記憶合金(SMA)和近年來發現的相變陶瓷是兩類典型的超彈性材料:SMA在循環加載時位錯逐漸積累會引起殘余變形;相變陶瓷(如ZrO2)雖強度高,但其相變臨界應力過大(1~2 GPa,接近其破壞強度)、內在脆性使其循環加載下易發生斷裂、疲勞壽命短。

因此,如何在氧化物中實現抗疲勞的超彈性是功能陶瓷領域高度關注的重要科學問題,也是其應用于微納器件亟待解決的關鍵技術挑戰。

近日,武漢大學李應衛副教授、南方科技大學任富增副教授、李江宇教授、浙江大學王杰教授、北京大學高鵬研究員、香港科技大學孫慶平教授、美國賓州州立大學陳龍慶教授等團隊合作,在美國科學院院刊PNAS 上發表了題目為“Superelastic oxide micropillars enabled by surface tension-modulated 90° domain switching with excellent fatigue resistance”的研究論文,報道了基于表面張力調控的可逆90°疇變,在鐵電氧化物微柱中實現了抗疲勞的超彈性行為。

鐵電材料是一種具有力電耦合效應的智能材料。在外力作用下,鐵電材料微觀結構發生演化,并影響其宏觀力學性能,從而產生非線性的應力——應變特性。因此,鐵電材料也可以作為一種潛在的超彈性材料,用于MEMS阻尼器。

受微納尺度鐵電材料響應行為研究的啟發,在對鐵電材料電疇翻轉行為、微裂紋萌生及擴展機制的深入理解基礎上,研究團隊提出了一種全新的鐵電材料超彈性行為的機理。當材料直徑小于某特定臨界尺寸時,在表面張力作用下,材料內部電疇的極化方向傾向于沿其軸向;如沿軸向施加循環應力,在外加載荷和表面張力的協同作用下,可實現可逆90o鐵電疇變,進而使鐵電材料整體表現出超彈性行為。

在該研究中,作者們利用聚焦離子束(FIB)刻蝕技術,在鈦酸鋇(BTO)單晶中制備了一系列不同直徑(Φ)的微納米柱,并利用納米壓痕平壓頭技術測試了循環載荷下微納米柱的應力-應變曲線(圖1)。測試結果發現,當Φ = 5 μm時,材料的響應行為與宏觀塊體試件類似;

當Φ降低至2 μm時,材料表現出超彈性行為;當進一步降低Φ至0.5 μm時,在加載時難以區分線性加載段、平臺段以及之后的線性段,在卸載時,加載階段產生的1.0%的應變基本可完全恢復,剩余應變僅為0.06%;第二次循環時,材料的應力-應變曲線與第一次循環基本重合,該行為與塊體截然不同,呈現明顯的尺寸效應。

為理解小尺寸下BTO微柱如此之大的可恢復應變,作者們利用壓電力顯微鏡(PFM)面掃和疇變實驗,確認了微柱具有可切換極化的鐵電效應,而且利用原位透射電鏡(TEM)觀察到了應力作用下90o疇變過程。然而,僅該疇變機理不足以解釋小尺寸BTO微柱的大應變超彈性回復行為。對具有同樣長徑比的微柱,退極化場又與尺寸無關,考慮到微柱表面張力和Φ成反比,作者們推斷在小尺寸下表面張力可能起到重要作用。

為驗證表面張力的影響,作者們進行了熱力學分析和相場模擬,揭示了表面張力調控的可逆90o疇變是導致鐵電微柱超彈性的根本原因。在軸向壓力作用下,軸向極化變得不穩定,逐漸轉變為面內極化,從而發生90o的鐵電疇變。

在卸載過程中,直徑較大微柱的表面張力大小不足以使面內極化恢復到軸向極化,從而存在較大的殘余應變。然而,隨著鐵電微柱直徑的逐漸減少,表面張力隨之不斷增加,從而使面內極化逐漸恢復到軸向極化,實現了可恢復的90o疇變和超彈性行為。

疲勞壽命短是超彈性氧化物面臨的主要問題。比如,ZrO2微柱經過幾十次循環后,即發生疲勞破壞。為此,作者們測試了BTO微納柱的疲勞響應和力學強度。在對Φ = 0.58 μm的BTO單晶微柱的疲勞測試結果(圖3A)發現,在203 MPa應力加載循環一百萬次后,材料仍無任何疲勞衰減,可穩定輸出高達1.0%的超彈性變形。

除第一次循環周期內材料出現的0.08%的殘余變形之外,第二次循環與后面百萬次的循環周期應力-應變曲線基本重合。當Φ≤2 μm時,微柱呈現相似的疲勞特性。疲勞測試前(圖3B)和百萬次循環測試之后,BTO微柱形貌基本保持不變,沒有顯示百萬次循環加載誘發的任何破壞或缺陷。

證明了BTO微柱優異的抗疲勞性能,而且BTO微柱(Φ = 0.5 μm)強度高達5.3 GPa,接近其理論極限(7 GPa),比BTO塊體單晶的強度高約兩個量級。

作者們對比了BTO單晶微納米柱與其他超彈性材料的疲勞壽命、強度以及超彈性響應行為穩定性。BTO微柱的疲勞壽命要遠大于ZrO2微柱,可以與SMA和橡膠相媲美(圖4A),其強度要遠大于其他材料。

另外,BTO單晶微納米柱超彈性行為的穩定性要優于SMA,隨著循環加載次數的增加,SMA耗散的能量逐漸降低,卸載后測得的殘余變形逐漸增加,而對BTO微納米柱,除了第一次循環加載時能觀察到能量耗散的降低和一定的殘余變形,在后面的加載過程中,材料性能基本保持不變。

該研究首次發現了尺寸效應關聯的表面張力能夠作為疇變的回復力實現優異的超彈性行為和抗疲勞特性。

作者們認為,本研究在BTO微柱中首次發現的表面張力調控的可逆90o疇變機理實現鐵電材料超彈性、抗疲勞特性的機理與傳統相變機理相比更具優勢,亦和BTO鐵電薄膜機理完全不同,并預測很可能在其它鐵電氧化物(如PbTiO3)中實現更大的超彈性應變,為微納阻尼器件設計提供了新的材料選擇方案,從而解決微納阻尼器件的疲勞問題。

編輯:jq

聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容侵權或者其他違規問題,請聯系本站處理。 舉報投訴
  • 單晶
    +關注

    關注

    1

    文章

    61

    瀏覽量

    14096
  • BTO
    BTO
    +關注

    關注

    0

    文章

    7

    瀏覽量

    8724
  • fib
    fib
    +關注

    關注

    1

    文章

    45

    瀏覽量

    11069
  • 耦合效應
    +關注

    關注

    0

    文章

    5

    瀏覽量

    10834

原文標題:如何讓脆性鐵電單晶,實現抗疲勞超彈性能?

文章出處:【微信號:zhishexueshuquan,微信公眾號:知社學術圈】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

收藏 人收藏

    評論

    相關推薦

    請問ads1292算法支持實現疲勞監測嗎?

    請問ads1292算法支持實現疲勞監測么,或者有什么更好的電極式其它方案來實現
    發表于 12-03 06:19

    40 度的磷酸鋰電池價格探討及朗凱威品牌優勢

    在如今的新能源時代,磷酸鋰電池以其高安全性、長壽命和相對穩定的性能,成為了眾多領域的熱門選擇。尤其是對于那些需要大容量儲能的應用場景,40度的磷酸鋰電池備受關注。
    的頭像 發表于 11-19 16:04 ?247次閱讀

    安泰ATA-7000系列高壓放大器在介彈性體驅動實驗中的應用

    彈性體(Dielectricelastomer,DE)材料是近二十幾年來備受關注的一種新型活性聚合物復合材料,在電場驅動下,能在厚度方向和平面方向發生變形。介
    的頭像 發表于 11-11 11:48 ?197次閱讀
    安泰ATA-7000系列高壓放大器在介<b class='flag-5'>電</b><b class='flag-5'>彈性</b>體驅動實驗中的應用

    密歇根州立大學:研發抗疲勞力致變色水凝膠新型觸覺傳感器

    Color-Changing Hydrogels for Vision-Based Tactile Robots》的文章,創新性地利用了具有優越抗疲勞特性的力致
    的頭像 發表于 10-22 18:31 ?451次閱讀
    密歇根州立大學:研發<b class='flag-5'>抗疲勞</b>力致變色水凝膠新型觸覺傳感器

    存儲器和Flash的區別

    存儲器(Ferroelectric RAM, FRAM)與閃存(Flash)是兩種不同類型的非易失性存儲器,它們在工作原理、性能特點、應用場景等方面存在顯著的差異。
    的頭像 發表于 09-29 15:25 ?1048次閱讀

    存儲器有哪些優缺點

    存儲器(Ferroelectric RAM, FRAM)作為一種新興的非易失性存儲器技術,憑借其獨特的優勢在存儲市場中占據了一席之地。然而,與任何技術一樣,存儲器也有其優點和缺
    的頭像 發表于 09-29 15:21 ?937次閱讀

    存儲器的結構特點

    存儲器(Ferroelectric RAM, FRAM)是一種結合了RAM的快速讀寫能力和非易失性存儲特性的存儲技術。其結構特點主要體現在其獨特的材料構成、工作原理、物理結構以及所展現出的優越性能上。
    的頭像 發表于 09-29 15:18 ?404次閱讀

    安泰ATA-7030高壓放大器在介彈性體智能材料中的應用

    高壓放大器 驅動介彈性體的運動是一種常見且有效的方法,介彈性體是一種材料,可通過施加電場來改變其形狀和大小,廣泛應用于機器人、揚聲器、醫學等領域。 在驅動介
    的頭像 發表于 09-13 11:33 ?318次閱讀
    安泰ATA-7030高壓放大器在介<b class='flag-5'>電</b><b class='flag-5'>彈性</b>體智能材料中的應用

    安泰功率放大器如何驅動介彈性體做運動

    彈性體是一種具有特殊性能的材料,當加電壓時,它會因電場作用而發生形變,從而可以做功。這一特性使得介彈性體在許多應用中,如電子皮膚、傳感
    的頭像 發表于 08-25 10:03 ?270次閱讀
    安泰功率放大器如何驅動介<b class='flag-5'>電</b><b class='flag-5'>彈性</b>體做運動

    Aigtek高壓放大器在測試中的優勢有哪些

    的電壓來驅動樣品。這對于模擬材料在實際工作條件下的性能至關重要。 寬頻帶:高壓放大器通常具有寬帶寬,能夠覆蓋多個頻率范圍。這對于測試
    的頭像 發表于 08-08 11:23 ?287次閱讀
    Aigtek高壓放大器在<b class='flag-5'>鐵</b><b class='flag-5'>電</b>測試中的優勢有哪些

    ATA-7020高壓放大器在材料測試中的應用研究

    材料因其在電場作用下發生自發電極化的獨特性質而在材料科學中備受關注。對材料進行測試和研究是理解其性能和應用潛力的關鍵步驟之一。高壓放
    的頭像 發表于 08-07 11:56 ?350次閱讀
    ATA-7020高壓放大器在<b class='flag-5'>鐵</b><b class='flag-5'>電</b>材料測試中的應用研究

    ATA-2048高壓放大器在材料中有什么應用

    材料是一類具有特殊電學性質的材料,它們能夠在外加電場的作用下產生可逆的電極化,這種電極化可以在沒有外加電場時保持。這使得材料在許多應用中具有重要價值,特別是在電子設備和傳感器領
    的頭像 發表于 04-16 11:12 ?244次閱讀
    ATA-2048高壓放大器在<b class='flag-5'>鐵</b><b class='flag-5'>電</b>材料中有什么應用

    高壓放大器在介彈性體折紙術軟體機器人中的應用

    電腦進行數據通訊并接收CAD結構圖,可方便切割各種形狀的基板。   本實驗柔性驅動器的制備流程中存在將介彈性體薄膜四向拉伸的關鍵步驟,均勻拉伸彈性體薄膜所制作出的器件更具有可靠性。四向拉伸機構
    發表于 02-27 17:15

    存儲器和flash的區別 FRAM工作原理解析

    存儲器通常具有更快的隨機存取時間(Access Time),能夠更快地執行讀取和寫入操作。而閃存的存取速度較慢,通常與存儲器相比較為遲鈍。
    發表于 01-23 18:17 ?5256次閱讀
    <b class='flag-5'>鐵</b><b class='flag-5'>電</b>存儲器和flash的區別 FRAM工作原理解析

    性能領先|憶聯×新華三,打造融合架構下的高性能存儲方案

    、存儲和網絡的方式,在一臺服務器設備中融合計算、存儲、網絡等資源,實現模塊化彈性資源擴展,形成統一資源池。得益于軟件定義的架構和廣泛的硬件兼容性,融合架構成為越來
    的頭像 發表于 12-27 18:21 ?612次閱讀
    <b class='flag-5'>性能</b>領先|憶聯×新華三,打造<b class='flag-5'>超</b>融合架構下的高<b class='flag-5'>性能</b>存儲方案
    主站蜘蛛池模板: 国产成人综合在线视频| 亚洲国产精品一区二区第一页| 亚洲精品色播一区二区| 超碰97 总站 中文字幕| 久久婷婷色香五月综合激情| 無码一区中文字幕少妇熟女网站 | 一二三四视频免费社区5| 俄罗斯12一15处交| 免费人成视频19674不收费| 亚洲免费观看| 国产精品嫩草影院| 破女在线观看视频| 中文字幕亚洲第一页| 国产亚洲欧美在线中文BT天堂网| 日本浴室日产在线系列| 97视频免费在线| 久久天堂成人影院| 亚洲精品欧美精品中文字幕 | 黄色网址在线看| 无码一卡二卡三卡四卡| 草699一码二码三码四码| 男女亲吻摸下面吃奶视频| 伊人在线视频| 精品亚洲一区二区在线播放| 亚洲 欧美 国产在线视频 | 男女交性视频无遮挡全过程| 优优色影院| 精品国内自产拍在线观看视频| 午夜伦理一yy4480影院| 国产不卡免费| 色欲AV亚洲情无码AV蜜桃| 波多野结衣 无码片| 欧美最猛黑人XXXXWWW| ca88亚洲城娱乐| 暖暖视频 免费 高清 日本8| 97无码人妻精品1国产精东影业| 九九热在线观看视频| 亚洲日本欧美日韩高观看| 国偷自产视频一区二区99| 亚洲黄色在线| 黑人强伦姧人妻日韩那庞大的 |