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 在國家自然科學基金，江西省青年科學基金，無序物質(zhì)科學研究中心啟動基金，江西省雙千計劃和江西理工大學雙一流學科建設經(jīng)費的支持下，江西理工大學無序物質(zhì)科學研究中心張毅和葉恒云教授團隊在稀土新材料研究領域取得又一重大突破，最新成果在《Journal of the American Chemical Society》（《美國化學會志》）以“Large Piezoelectric Response in Hybrid Rare-Earth Double Perovskite Relaxor Ferroelectrics”（雜化稀土復鈣鈦礦弛豫型鐵電體中的大壓電響應）為題在線發(fā)表。

壓電材料可以將機械能轉化為電能，反之亦然。這一功能使它們適用于廣泛的設備應用，如驅動器、換能器和傳感器等。近年來，越來越多的新興領域對壓電材料提出了新的要求，如重量輕、聲阻抗低、柔韌性好、生物相容性好等。有機-無機鈣鈦礦雜化鐵電體因其結合了無機和有機材料的優(yōu)良特性而成為很有前途的補充材料。有鑒于此，我校無序物質(zhì)科學研究中心的科研人員，成功設計并合成了雜化稀土復鈣鈦礦弛豫型鐵電體(RM3HQ)2RbLa(NO3)6和(RM3HQ)2NH4La(NO3)6中的大壓電響應。它們的壓電響應值分別可達到106 pC N-1和81 pC N-1。

圖1.(a) (RM3HQ)2RbLa(NO3)6復鈣鈦礦結構，(b)晶體形貌圖及其(c)壓電響應常數(shù)。

本研究中，通過在稀土和堿金屬硝酸鹽構建的三維無機骨架中引入準球形手性有機陽離子，設計合成了雜化稀土復鈣鈦礦弛豫型鐵電體(RM3HQ)2RbLa(NO3)6和(RM3HQ)2NH4La(NO3)6。通過系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)，這兩個化合物是同時具有R3鐵電相和P213順電相，呈現(xiàn)出多極軸鐵電和鐵彈性。通過變溫壓電響應力顯微鏡(PFM)成像，發(fā)現(xiàn)鐵電極性微疇區(qū)和順電非極性區(qū)在寬溫度范圍內(nèi)共存。正是由于此兩相的共存，使得不同極化方向的極性微疇相互轉變具有較低的能壘，在施加應力時，極性微疇區(qū)的極化旋轉變得容易。鐵電和鐵彈性的耦合促使該體系化合物在外界施加應力時易于實現(xiàn)極化旋轉，從而表現(xiàn)出大的壓電響應。

圖2.在反復加熱和冷卻過程中2疇結構的連續(xù)演變。(a,b)在290 K下，面內(nèi)PFM相位和振幅圖像。(c,d)在290 K下，面外PFM相位和振幅圖像。(e–p)面外PFM相位和振幅的連續(xù)演變過程。從(c,d)290 K →(e,f)313 K →(g,h)290 K →(i,j)333 K →(k,l)290 K →(m,n)353 K →(o,p)290K。

該工作展現(xiàn)了一個新的三維雜化稀土復鈣鈦礦鐵電/壓電材料體系，可以通過改變有機陽離子、堿金屬離子和稀土離子來實現(xiàn)其性能的調(diào)控和優(yōu)化。由于存在很大的可操作性空間，這一發(fā)現(xiàn)也將有利于開發(fā)具有優(yōu)良鐵電、壓電和其他光電特性的新型稀土分子基材料。

論文鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.0c00480

 近日，江西理工大學帥詞俊教授領銜的生物增材制造團隊在骨缺損修復方面取得重要進展，相關研究成果“A strawberry-like Ag-decorated barium titanate enhances piezoelectric and antibacterial activities of polymer scaffold”在國際頂級期刊Nano Energy（影響因子15.548）上發(fā)表，論文第一通訊作者為能源與機械工程學院戚方偉博士。

壓電骨支架能夠通過電信號刺激細胞生長從而促進骨修復，但存在極化困難、電活性低等問題。為此，該研究創(chuàng)新性地將原位生長技術制備具有類草莓結構的銀-鈦酸鋇納米體系引入壓電骨支架，其中納米銀不僅能作為導電相增強鈦酸鋇極化電場分布強度，從而改善支架的極化效率和電活性；更重要的是，納米銀能通過釋放銀離子和產(chǎn)生活性氧來攻擊細菌的多個靶點，賦予支架抗菌活性，這對于骨修復來說是被高度渴望的。實驗結果表明，所制備支架的輸出電流和電壓分別提高了50%和40%，有效促進了細胞的增殖與分化，同時展現(xiàn)出強勁的抗菌功效，殺菌率達到81%。審稿專家給予該研究工作高度評價，認為該工作構思巧妙、思路新穎、實驗依據(jù)充足，對高性能壓電骨支架的開發(fā)具有重要指導意義。

文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285520303827