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 在國(guó)家自然科學(xué)基金，江西省青年科學(xué)基金，無(wú)序物質(zhì)科學(xué)研究中心啟動(dòng)基金，江西省雙千計(jì)劃和江西理工大學(xué)雙一流學(xué)科建設(shè)經(jīng)費(fèi)的支持下，江西理工大學(xué)無(wú)序物質(zhì)科學(xué)研究中心張毅和葉恒云教授團(tuán)隊(duì)在稀土新材料研究領(lǐng)域取得又一重大突破，最新成果在《Journal of the American Chemical Society》（《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》）以“Large Piezoelectric Response in Hybrid Rare-Earth Double Perovskite Relaxor Ferroelectrics”（雜化稀土復(fù)鈣鈦礦弛豫型鐵電體中的大壓電響應(yīng)）為題在線發(fā)表。

壓電材料可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，反之亦然。這一功能使它們適用于廣泛的設(shè)備應(yīng)用，如驅(qū)動(dòng)器、換能器和傳感器等。近年來(lái)，越來(lái)越多的新興領(lǐng)域?qū)弘姴牧咸岢隽诵碌囊?，如重量輕、聲阻抗低、柔韌性好、生物相容性好等。有機(jī)-無(wú)機(jī)鈣鈦礦雜化鐵電體因其結(jié)合了無(wú)機(jī)和有機(jī)材料的優(yōu)良特性而成為很有前途的補(bǔ)充材料。有鑒于此，我校無(wú)序物質(zhì)科學(xué)研究中心的科研人員，成功設(shè)計(jì)并合成了雜化稀土復(fù)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(yīng)。它們的壓電響應(yīng)值分別可達(dá)到106 pC N-1和81 pC N-1。

圖1.(a) (RM3HQ)2RbLa(NO3)6復(fù)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，(b)晶體形貌圖及其(c)壓電響應(yīng)常數(shù)。

本研究中，通過(guò)在稀土和堿金屬硝酸鹽構(gòu)建的三維無(wú)機(jī)骨架中引入準(zhǔn)球形手性有機(jī)陽(yáng)離子，設(shè)計(jì)合成了雜化稀土復(fù)鈣鈦礦弛豫型鐵電體(RM3HQ)2RbLa(NO3)6和(RM3HQ)2NH4La(NO3)6。通過(guò)系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)化合物是同時(shí)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(guò)變溫壓電響應(yīng)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(zhuǎn)變具有較低的能壘，在施加應(yīng)力時(shí)，極性微疇區(qū)的極化旋轉(zhuǎn)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(yīng)力時(shí)易于實(shí)現(xiàn)極化旋轉(zhuǎn)，從而表現(xiàn)出大的壓電響應(yīng)。

圖2.在反復(fù)加熱和冷卻過(guò)程中2疇結(jié)構(gòu)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(guò)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(gè)新的三維雜化稀土復(fù)鈣鈦礦鐵電/壓電材料體系，可以通過(guò)改變有機(jī)陽(yáng)離子、堿金屬離子和稀土離子來(lái)實(shí)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(kāi)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(xué)帥詞俊教授領(lǐng)銜的生物增材制造團(tuán)隊(duì)在骨缺損修復(fù)方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果“A strawberry-like Ag-decorated barium titanate enhances piezoelectric and antibacterial activities of polymer scaffold”在國(guó)際頂級(jí)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(jī)械工程學(xué)院戚方偉博士。

壓電骨支架能夠通過(guò)電信號(hào)刺激細(xì)胞生長(zhǎng)從而促進(jìn)骨修復(fù)，但存在極化困難、電活性低等問(wèn)題。為此，該研究創(chuàng)新性地將原位生長(zhǎng)技術(shù)制備具有類草莓結(jié)構(gòu)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(dǎo)電相增強(qiáng)鈦酸鋇極化電場(chǎng)分布強(qiáng)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(guò)釋放銀離子和產(chǎn)生活性氧來(lái)攻擊細(xì)菌的多個(gè)靶點(diǎn)，賦予支架抗菌活性，這對(duì)于骨修復(fù)來(lái)說(shuō)是被高度渴望的。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jìn)了細(xì)胞的增殖與分化，同時(shí)展現(xiàn)出強(qiáng)勁的抗菌功效，殺菌率達(dá)到81%。審稿專家給予該研究工作高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為該工作構(gòu)思巧妙、思路新穎、實(shí)驗(yàn)依據(jù)充足，對(duì)高性能壓電骨支架的開(kāi)發(fā)具有重要指導(dǎo)意義。

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