中國(guó)科研機(jī)構(gòu)7日聯(lián)合在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》(Science)上發(fā)表研究文章,對(duì)外宣布聯(lián)合創(chuàng)製出無(wú)疲勞鐵電材料,有望實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器無(wú)限次數(shù)擦寫(xiě)。
題為「Developing fatigue-resistant ferroelectrics using interlayer sliding switching」(利用層間滑移翻轉(zhuǎn)機(jī)制開(kāi)發(fā)抗疲勞鐵電材料)的研究文章由中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)「寧波材料所」)柔性磁電功能材料與器件團(tuán)隊(duì)聯(lián)合電子科技大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)相關(guān)團(tuán)隊(duì)發(fā)表。
據(jù)介紹,該研究基於二維滑移鐵電機(jī)制,創(chuàng)製了一種無(wú)疲勞的鐵電材料,為解決鐵電材料的疲勞問(wèn)題提供了全新途徑。
鐵電材料是一種常見(jiàn)的功能材料,因其晶體中正負(fù)電荷中心不重合,產(chǎn)生電偶極矩,從而具有自發(fā)電極化的性質(zhì),並能被外場(chǎng)所調(diào)控,小到打火機(jī)、麥克風(fēng)、耳機(jī)、存儲(chǔ)器等,大到驅(qū)動(dòng)器、能量轉(zhuǎn)換器、濾波器、制動(dòng)器、減震器等都離不開(kāi)鐵電材料,它也是航空動(dòng)力診斷設(shè)備、火星巖石鑽孔器等尖端領(lǐng)域必不可少的材料之一。
「?jìng)鹘y(tǒng)鐵電材料會(huì)產(chǎn)生疲勞,即隨著極化翻轉(zhuǎn)次數(shù)的增加,鐵電材料極化會(huì)減小而導(dǎo)致其性能衰減,最終引發(fā)器件失效故障?!箵?jù)該文章共同第一作者、中國(guó)科學(xué)院寧波材料所柔性磁電功能材料與器件團(tuán)隊(duì)副研究員何日介紹,在全球範(fàn)圍內(nèi),鐵電材料的疲勞失效是各種電子設(shè)備出現(xiàn)故障的主要原因之一。
針對(duì)這一問(wèn)題,何日與團(tuán)隊(duì)研究員鍾志誠(chéng)通過(guò)理論計(jì)算預(yù)言了滑移鐵電具有抗疲勞特性,並聯(lián)合電子科技大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)相關(guān)團(tuán)隊(duì)基於滑移鐵電機(jī)制,製備出了無(wú)疲勞的二維層狀滑移鐵電材料。
研究發(fā)現(xiàn),在400萬(wàn)次循環(huán)電場(chǎng)翻轉(zhuǎn)極化以後,電學(xué)曲線測(cè)量表明,鐵電極化並沒(méi)有發(fā)生任何衰減,抗疲勞性能明顯優(yōu)於傳統(tǒng)離子型鐵電材料。
這意味著,以存儲(chǔ)器為例,使用傳統(tǒng)離子型鐵電材料(例如鋯鈦鉛PZT)的存儲(chǔ)器一般可讀寫(xiě)幾萬(wàn)次,而使用新型二維層狀滑移鐵電材料的存儲(chǔ)器則無(wú)讀寫(xiě)次數(shù)限制。
何日說(shuō):「因此對(duì)於深海探測(cè)或航空航天重大裝備領(lǐng)域而言,無(wú)疲勞的新型二維層狀滑移鐵電材料可極大提升設(shè)備可靠性,降低維護(hù)成本?!梗植ǎ?/p>