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 (材料学院)近日,我校材料学院赵晋津教授团队联合英国华威大学,在新型界面压电材料研究领域取得重大突破——研究发现异质节界面结构对称性变化产生高效压电和热释电性能,该研究从材料界面能带角度,揭示了环境压力和温度改变诱导产生界面极性的基本规律。该成果发表在8月20日出版《自然》期刊(Nature, 2020, 584, 377–381,影响因子IF=42.778),石家庄铁道大学材料学院和机械学院分别为该研究成果的贡献单位。这是我校研究成果首次发表在国际顶级期刊《自然》上,为石家庄铁道大学建校70周年献上一份厚礼。

随着全球能源需求的持续上升,大量电子设备广泛应用到日常生活的方方面面,如何高效收集周围环境中,常常被人忽略的能量成为众多科学家研究的重要课题。新型发电设备往往兼具发电和传感功能,不仅能将周围环境中的机械能和热能直接转换为电能,还可以作为自供能传感器不间断的工作。

自1880年科学家发现压电效应,至今已经有140年的历史,但是将其应用于能量收集领域还是在近些年才引起人们的广泛关注。压电材料具有非中心对称或极性对称性质,压电效应指直接将机械能转换成电能,反之亦然,因此压电材料成为实现能量转换和信号传递的重要载体。而由外界温度变化引起极性对称改变产生表面电荷称为热释电效应,是压电效应的一种。然而,自然界存在的大量物质是中心对称,并不具有压电效应,如何开发一种通过外界环境诱导使物质形成非中心对称从而具有高效压电效应,是当前全球科学家关注的热点和难点。赵晋津教授团队最新《自然》研究成果,发现中心对称的物质“穿上金属外衣”后可以产生内建电场,引起极性对称,产生压电和热释电突现效应。该新型压电异质节结构可广泛应用于传感器、执行器和能量采集器,在声学与超声、医疗与健康,体育与休闲、控制与检测、交通、人机界面、安防、物联网等多个领域。

赵晋津教授团队一直致力于钙钛矿结构材料压电效应,以及压电效应在能源和传感器等领域应用研究。近年相关系列研究成果发表在国际顶级期刊《自然通讯》,《先进材料》,《科学通报》,《纳米能源》(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。《Nature》发表的界面异质节压电效应工作,详细内容见文章链接:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2602-4