清華大學材料科學與工程研究院《材料科學論壇》

學術報告

報告題目：鈣钛礦型無機固體化合物微觀結構、壓電及熱膨脹

報告人：陳駿（北京科技大學數理學院）

報告時間：2018年12月27日（周四）上午10:00

報告地點：清華大學主樓11區（東配樓）二層，電子顯微鏡中心會議室228房間

聯系人：于榮老師 62798152

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報告摘要：
鈣钛礦（ABO3）由于晶體結構的可調性在諸多經典功能材料體系中具有重要的研究價值，如鐵電壓電、磁性、負熱膨脹、超導等。鈣钛礦結構體現出豐富的結構設計及性能調控特性。該研究以鈣钛礦型鐵電壓電、負熱膨脹無機固體化合物為研究對象，采用同步輻射、中子衍射、理論計算等方法揭示了優異壓電鐵電“結構-性能”的構效關系，以及微區結構、點陣動力學對熱膨脹調控的作用機制。采用高能同步輻射X射線衍射及二維面探技術實現了在電場原位作用下同時分析鐵電陶瓷織構、晶體結構、相轉變以及點陣應變等微觀結構信息[1-3]。在Pb(Zr0.535Ti0.465)O3等體系中發現了電場誘導的單一單斜相，該單斜相具有獨特的壓電行為。壓電性能與晶體結構存在強烈的依賴關系，以MA、MB、R、T相順序逐漸遞減，其中單斜相壓電性能最優。單斜相優異壓電性能來源于自發極化在[110]晶面内的連續可逆旋轉，自發極化随電場相應的速度越快，晶格形變越大，壓電性能越優異[2]。在諸多MPB高性能壓電體系中，電場誘導的可逆相轉變是一種提升壓電性能的重要方法，相轉變可以激活晶格形變，進而得到優異的壓電性能[3]。
ScF3基氟化物是一類由ScF6八面體頂角相連而成的類鈣钛礦結構框架化合物，該研究采用變溫同步輻射EXAFS、PDF、中子衍射及第一原理計算等方法研究了ScF3及其衍生物化學鍵、微區結構、磁性及負熱膨脹機理[4-6]。雖然ScF3晶胞随溫度增加而收縮，但其基本結構單元ScF6八面體卻表現出相反的強烈熱膨脹，ScF3的晶格收縮來自于F原子沿垂直于Sc-F-Sc原子鍊方向強烈橫向擺動的晶格動力學特征，負熱膨脹的産生與目前普遍接受的剛性化學鍵前提無關[4]。通過微區結構畸變、多面體結構柔性程度以及客體離子/分子脫嵌等方法實現了熱膨脹有效調控[5,6]。例如，在ScF3的A位嵌入Li+離子，可實現其熱膨脹由負到零到正膨脹的連續可控調節[6]。
參考文獻
[1] Fan, L. L.; et al, Phys. Rev. Lett. 2016, 116, 027601.
[2] Liu, H.; et al, Phys. Rev. Lett. 2017, 119, 017601.
[3] Liu, H.; et al, Phys. Rev. Lett. 2018, 120, 055501.
[4] Hu, L.; et al, J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 8320.
[5] Hu, L.; et al, J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 14530.
[6] Chen, J.; et al, Nat. Commun. 2017, 8, 14441.

個人介紹：
陳駿，男，1979年生，北京科技大學教授、博導，現任北京科技大學數理學院院長。2007年博士畢業于北京科技大學，後留校任教。2008-2009年獲德國洪堡博士後研究基金（德國TU-Darmstadt），2015年日本東京工業大學材料與結構實驗室海外客座教授。現任中國晶體學會理事。曾組織國際會議4次。第1作者/通訊作者發表學術論文60餘篇，包括Science、J. Am. Chem. Soc.、Phys. Rev. Lett.等。獲授權發明專利7項、省部級獎勵2項。開設《相結構及研究方法》、《功能材料》等課程。開展鐵電壓電、負熱膨脹無機固體材料合成、性能調控以及構效關系的研究。