缺陷对钡基铁电体奇特弛豫相变行为影响及其机理研究

智能材料涉及的铁弹、铁电、铁磁等具有物理平行的玻璃态：应变玻璃、弛豫铁电体、自旋玻璃。本项目选择钡基弛豫铁电体，主要研究缺陷组态对其弛豫相变行为的影响，包括等价掺杂引起弛豫行为的表征，受主掺杂低温下的弛豫行为，施主掺杂下体系受扰紊乱程度不同从而对弛豫行为的影响，采用物理平行的应变及自旋玻璃的概念理解掺杂离子组态对钡系铁电体弛豫相变行为的影响机理。同时对弛豫铁电体至正常铁电体温度场下自发及场致相变，弛豫铁电体在正常铁电体中再入行为，力场下弛豫铁电体与正常铁电体行成的准同型相界压电性能等进行研究，从微观上阐明外场对弛豫铁电体的影响机制，进而为构造基于场致相变及准同型相界的高性能无铅压电材料提供重要途径。通过本项目的研究，一方面有望协同经典的铅基材料为探索及阐明弛豫的微观机制提供新思路，具有重要的科学意义；另一方面对开发基于钡基弛豫铁电体的环境友好材料奠定基础，具有深远的实际意义。

智能材料涉及的铁弹、铁电、铁磁等具有物理平行的玻璃态：应变玻璃、弛豫铁电体、自旋玻璃。其中弛豫铁电体的典型成分为铅基钙钛矿结构体系，虽介电压电等性能优越而被广泛应用，但含有对环境及人体有害的铅元素。本项目选择钡基环境友好铁电体系，通过掺杂等价/不等价离子产生弛豫铁电体，主要研究不同缺陷组态对其弛豫相变行为的影响，包括等价掺杂引起弛豫行为的表征，受主掺杂低温下的弛豫行为，施主掺杂下体系受扰紊乱程度不同从而对弛豫行为的影响。采用物理平行的应变及自旋玻璃的概念理解掺杂离子组态对钡系铁电体弛豫相变行为的影响机理。进一步基于不同掺杂组态钡基铁电体构造准同型相界及通过场致可逆畴翻转机制以提升压电及应变性能。..通过本项目的研究，制备了不同掺杂组态钡基弛豫铁电陶瓷，获得了基于等价掺杂弛豫铁电体为端点组分的钛酸钡基准同型相界高压电体系，其压电系数超过500pC/N，与含铅材料相当（APL, 2011a, b）。原位观察揭示了准同型相界纳米畴结构导致极化易于翻转产生高压电性能的微观机理，阐明了不同等价离子掺杂改变极化翻转能垒影响压电性能的机制(APL, 2011b; 2012a)。此外，获得了基于受主掺杂开关式高电致应变（~0.2%）少铅体系，对比受主掺杂钡基体系应变效应阐明了受主掺杂产生的氧空位易于跃迁从而增强畴结构稳定性的机制(APL, 2011c; 2012b)。原位观察揭示了氧空位跃迁能力影响高低温相变循环中畴记忆效应的机理（EPL，2011）。建立了掺杂铁电体的极化状态相图，基于相场模拟与应变玻璃平行的掺杂局域场效应及对相稳定性的整体效应，揭示了掺杂引发铁电体弛豫相变行为的极化演变微观机理。 ..研究工作共计发表国际期刊论文14篇, SCI收录12篇，其中发表在Appl Phys Lett等国际高水平期刊（影响因子大于3）论文6篇，发表在EuroPhysics Letters等影响因子大于2的论文7篇。 参加国际会议报告4次（邀请报告1次）。研究结果为设计基于准同型相界及受主掺杂增强畴结构稳定性的高性能无铅压电材料提供了途径，对不同缺陷组态影响铁电弛豫行为的分析有望协同经典的铅基材料为探索及阐明弛豫的微观机制提供思路。