材料物理性能分析.doc

研究生课程(论文类)试卷2016/2017学年第1学期课程名称:材料物理性能课程代码:论文题目:PbZrO3纳米线的纳米级性能:增强能量转换和存储的相位竞争专业﹑学号:机电功能材料学院:材料科学与工程学院课程(论文)成绩:课程(论文)评分依据(必填):运用本门课程所学的知识,结合自己的专业背景和科研方向,选一种具体的材料或复合材料实证分析其物理性能(热学性能、电学性能、磁学性能或光学性能)的特点、原理及应用前景。要求所提出的观点具有一定的创新价值。不少于3000字。任课教师签字:日期:年月日课程(论文)题目:PbZrO3纳米线的纳米级性能:增强能量转换和存储的相位竞争内容:。目前,电能需求增长速度是整体能源使用量的两倍,预计到2035年将增长三分之二以上。例如,2012年42%的一次能源转化为电。这反过来驱动对用于有效存储,吸收,供应和转换电力的装置的需求。这些装置需要高能量存储密度,高功率密度,高能量效率和转换特性。对功能材料的需求对于小型化和可集成的电子和电气系统更加迫切。在散装材料中,反铁电体由于其潜在的能量存储和转换而受到极大的关注,这源于大的饱和极化,小的残余极化和优异的机电特性。例如,优化的()()O3厚膜可以表现出高达60Jcm3的能量存储密度和接近40%的效率。这是一个典型的介质电容器,只能存储高达2Jcm3的能量。反铁电的另一个独特的和技术上期望的特征是伴随由电场引起的反铁电到铁电相变的应变的大变化。例如,在反铁电大块陶瓷中,反铁电(AFE)和铁电(FE)%,使其成为微致动器的优良候选者。虽然反铁电在能量应用的材料领域已经成为强竞争者,但是它们作为小型化装置使用的前景仍然在很大程度上是未知的,迄今为止的大多数研究集中在薄膜的几何形状。已有报道反铁电膜具有在7-37Jcm3的范围内的能量存储密度,其低于相应体积发现的值。有些类似机电响应的趋势,似乎在薄膜变得更弱。例如,%,这种性质的劣化是由AFE薄膜发展FE相的趋势引起的。另一方面,超越平面几何形状的AFE纳米结构的性质少有研究,这对AFE纳米线尤其如此。纳米线可以使用各种实验技术合成,作为互连和功能单元在电子,光电子,电化学和机电纳米器件的制造这些方面特别有价值。同时,AFE纳米线对于能量相关应用的前景几乎是未知的。反铁电纳米线可以胜过其对应的能量储存和转换性能,或者在纳米尺度的铁电性实际上导致功能的恶化。虽然实验答案待定,基于原子尺度的第一原理的模拟可能已经提供了一些有价值的指导。(反)铁电体的有效哈米尔顿模型的最新发展已经使得各种纳米尺度(反)极性材料的模拟成为可能。我们在应用电场和宽范围温度下对电纳米线进行了这样的研究,目的是解决上述问题。沿着[001],超细胞的能量由PbZrO3的第一原理有效哈密顿量给出。哈密尔顿算子的自由度包括与单位晶胞中的偶极矩成比例的局部模式,描述氧八面体旋转的氧化铝八面体绕拟赝立轴倾斜,以及应变变量张量,其负责单元电池的机械变形。注意,这里的单位