刘明、丁向东、闽泰等：柔性铁电领域取得新进展

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微纳米尺度褶皱具有浸润性、光学透明性、摩擦和黏附等独特的表面性能，使其在可逆润湿、摩擦、黏附、光学等与表界面相关的智能器件领域具有广泛的应用前景。褶皱的形成主要利用硬质膜/弹性基体中薄膜与基体存在的热膨胀差异，当膜/基复合体系受到外界影响（如力、温度、溶剂等），可在表面形成压应力，当应力达到临界值后材料表面产生力学失稳而形成褶皱。基于褶皱的形成机理，薄膜层应具有较好的力学性能，因此目前褶皱薄膜层主要以高分子和金属材料为主。很少有功能氧化物薄膜被应用于褶皱结构中，这极大限制了微纳米尺度褶皱的应用范围。

BaTiO3/PDMS褶皱结构的表面形貌及压电响应规律

       近日，西安交通大学电信学部电子科学与工程学院刘明教授课题组、材料学院丁向东教授课题组及闽泰教授课题组合作，利用自支撑BaTiO3单晶薄膜的“既柔又弹”的力学性质与弹性体PDMS相结合，成功构建了BaTiO3/PDMS褶皱结构。在PDMS弹性体中，通过预加不同应力状态，可形成高度有序的条纹状、之字形和马赛克形等多种图案。同时，借助褶皱结构在BaTiO3单晶薄膜层中引入的周期性应力，发现了在平行褶皱结构中BaTiO3单晶薄膜层的波峰和波谷处的压电响应有规律的增强现象。其中，BaTiO3单晶薄膜层的波峰处面内方向压电响应强，在波谷处面外方向压电响应强。通过原子模拟计算和褶皱薄膜的微观极化表征，发现在BaTiO3单晶薄膜层在弯曲形成褶皱时，在波峰表面张应力区域形成面内极化，波谷表面形成面外极化，使BaTiO3单晶薄膜褶皱产生了周期性的压电响应变化。
       此研究工作实现了铁电/压电褶皱薄膜的可控制备，揭示了褶皱特性对电极化和压电性能的影响，为开发基于铁电/压电褶皱薄膜的柔性电子器件提供了重要的理论和实验指导。
       该研究成果日前以“Periodic Wrinkle-Patterned Single-Crystalline Ferroelectric Oxide Membranes with Enhanced Piezoelectricity”为题在国际著名学术期刊《先进材料》(Advanced Materials, IF=27.398)上发表，西安交通大学为该论文的第一和唯一通讯作者单位。电信学部电子科学与工程学院董国华助理教授、材料学院李苏植教授、李桃教授和武海军教授为共同第一作者。刘明教授、周子尧教授、丁向东教授及闽泰教授为共同通讯作者。该研究成果是刘明教授课题组与丁向东教授课题组合作在Science发文后，在自支撑铁性薄膜领域发表的又一重要合作成果。
       该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、陕西省重点研发计划、西安交大基本科研业务费及中国博士后科学基金等项目的资助。
       论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202004477
       刘明教授主页：http://gr.xjtu.edu.cn/web/mingliu

文字：电信学部 材料学院

编辑：星火

       文章来源：西安交通大学

       刘明，西安交通大学教授，博士生导师。2011年7月博士毕业于大连理工大学物理与信息工程学院。博士毕业后即来到西安交通大学电信学院工作，一直从事功能氧化物外延薄膜与器件方面的相关研究，尤其是在钙钛矿结构铁性薄膜与尖晶石铁氧体薄膜的结构设计、制备与物性调控方面。近年来，主持和参与多项国家自然科学基金与973项目；在Adv. Mater., Adv. Funt. Mater., Phys. Rev. Lett.等期刊发表SCI论文86篇，其中4篇文章分别被Adv. Funt. Mater.,Mater. Horiz.,J. Mater. Chem. C和CrystEngComm选做封面发表，1篇文章被Adv. Mater.选作视频摘要进行重点推介。

       丁向东,博士，男，1970年生，现为西安交通大学金属材料强度国家重点实验室教授，金属材料强度研究室主任， 2007年入选教育部新世纪优秀人才计划，2011年入选西安交通大学“腾飞”特聘教授。目前是一项973计划项目的课题负责人，以及973计划课题和863计划（各一项，已结题）的第二负责人，主持国家自然科学基金2项(已结题)，同时作为主要参加人参加过111计划、863计划以及多项国家杰出青年科学基金和国家自然科学基金。1999年获吉林工大材料科学与工程专业博士，2000年进入西安交大金属材料强度国家重点实验室作博士后（合作导师孙军教授），2002年9月留校任教。其中2006年至2008年在日本国立物质材料研究所任客座研究员，2009年至2011年在美国洛斯阿拉莫斯国家实验室理论部做访问学者。目前主要研究方向与日本国立物质材料研究院、美国洛斯阿拉莫斯国家实验室、美国宾夕法尼亚大学、英国剑桥大学的国际知名学者有着密切的国际合作关系。