研究配圖 - 1:實驗裝置示意圖
尷尬的是,隨著時間的推移,鐵電材料將因受到機械和電氣負載的反復折騰,而導致性能的逐漸衰減,最終引發被稱作“鐵電疲勞”的失效故障。
考慮到鐵電疲勞是各種電子設備出現故障的主要原因、且廢棄電子產品是電子垃圾的主要來源,全球范圍內每年都有數千萬噸的失效電子設備被送入垃圾填埋場。
研究配圖 - 2:循環電負載過程中 c 域的形成
在這項研究中,來自該校航空航天、機械和機電工程學院的研究團隊,在先進的原位透射電子顯微鏡的幫助下,成功地觀察到瞭鐵電疲勞的產生,且精度達到瞭納米 / 原子級。
在近日發表於《自然通訊》(Nature Communications)期刊上的一篇論文中,研究團隊詳細介紹瞭他們的這項新發現。通過瞭解該現象的發生機理,有助於我們在未來設計和制造出更好的鐵電納米器件。
研究配圖 - 3:周期性點負載下,疇壁上的電荷積累狀況。
研究合著者、來自悉尼大學納米研究所的 Xiaozhou Liao 教授稱:“這是一項重大的科學研究突破,因其清楚地表明瞭納米級的鐵電降解過程”。
首席研究員 Qianwei Huang 博士稱:“盡管人們早已知道鐵電疲勞會縮短電子設備的壽命,但由於缺乏合適的觀察技術,我們一直沒能對它的形成機理有更深入的瞭解”。
研究配圖 - 4:通過補償電荷使 c 結構域穩定,以及在電負載下的凍結行為。
研究合著者 Zizi Chen 博士補充道:基於此,我們希望能夠為開發出壽命更長的設備、及相關工程設計而提供科學的指導。
此外這項研究發現,界面也可能在實質上加速鐵電性能的滑坡,因此我們需要對這些過程有更深入的瞭解,才能達成最佳的設備性能。