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(K_(0.5)Na_(0.5))Nb_(1-x)Ta_(x)O_(3)铁电性的第一性原理研究
1
作者
褚新建
雷博程
+1 位作者
刘晨曦
刘纪博
《原子与分子物理学报》
CAS
北大核心
2025年第4期138-146,共9页
随着铅基陶瓷的大量使用,造成了严重的环境和健康问题,为了能够找寻替代铅基陶瓷的材料,人们开始了对无铅陶瓷材料的探索.(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_(3)材料由于其优异的铁电压电性能,成为了无铅陶瓷材料的代表,但是碱性组分在高温下的高挥...
随着铅基陶瓷的大量使用,造成了严重的环境和健康问题,为了能够找寻替代铅基陶瓷的材料,人们开始了对无铅陶瓷材料的探索.(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_(3)材料由于其优异的铁电压电性能,成为了无铅陶瓷材料的代表,但是碱性组分在高温下的高挥发性使其应用范围受到了极大的限制.基于这样的考虑,本文基于密度泛函理论的第一性原理方法,探究了(K_(0.5)Na_(0.5))Nb_(1-x)TaxO_(3)(x=0.125,0.25,0.375,0.5,0.625,0.75,0.875,1)九种体系的铁电性能,结果表明:随着Ta浓度的增加,晶格常数发生了突变,由此猜测KNN材料随着Ta浓度的增加,发生了正交-单斜的相变;Ta的掺入能够降低KNN材料的烧结难度,且随着Ta浓度的增加,形成难度逐渐降低;掺杂体系中,Ta-4f轨道与Na-3p,K-4p以及O-2s轨道电子发生了杂化,使导带底Nb-4d与Na-3p电子的态密度峰向高能区移动,禁带宽度呈现增加的趋势;在分析KNN材料铁电性作用机理时发现KNN的铁电极化类型是离子位移型极化,且在[001]方向上不具有极化能力.分析掺杂后各个体系的极化强度,发现随着Ta浓度的增加,极化强度逐渐降低,但是在低浓度掺杂时极化有向上增加的趋势,这可能是体系在低浓存在着正交与单斜的准同型相界(Morphotropic phase boundary,MPB)导致的,由此可以判断,低浓度掺杂有利于提高KNN材料的铁电性能.
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关键词
第一性原理
钙钛矿结果
KNN
铁电性
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职称材料
题名
(K_(0.5)Na_(0.5))Nb_(1-x)Ta_(x)O_(3)铁电性的第一性原理研究
1
作者
褚新建
雷博程
刘晨曦
刘纪博
机构
新疆
科技
学院
信息
科学与
工程
学院
新疆大学物理科学与技术学院新疆固体物理与器件重点实验室
西安工业
大学
光电工程
学院
出处
《原子与分子物理学报》
CAS
北大核心
2025年第4期138-146,共9页
基金
教育部产学合作协同育人项目(202102240014)。
文摘
随着铅基陶瓷的大量使用,造成了严重的环境和健康问题,为了能够找寻替代铅基陶瓷的材料,人们开始了对无铅陶瓷材料的探索.(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_(3)材料由于其优异的铁电压电性能,成为了无铅陶瓷材料的代表,但是碱性组分在高温下的高挥发性使其应用范围受到了极大的限制.基于这样的考虑,本文基于密度泛函理论的第一性原理方法,探究了(K_(0.5)Na_(0.5))Nb_(1-x)TaxO_(3)(x=0.125,0.25,0.375,0.5,0.625,0.75,0.875,1)九种体系的铁电性能,结果表明:随着Ta浓度的增加,晶格常数发生了突变,由此猜测KNN材料随着Ta浓度的增加,发生了正交-单斜的相变;Ta的掺入能够降低KNN材料的烧结难度,且随着Ta浓度的增加,形成难度逐渐降低;掺杂体系中,Ta-4f轨道与Na-3p,K-4p以及O-2s轨道电子发生了杂化,使导带底Nb-4d与Na-3p电子的态密度峰向高能区移动,禁带宽度呈现增加的趋势;在分析KNN材料铁电性作用机理时发现KNN的铁电极化类型是离子位移型极化,且在[001]方向上不具有极化能力.分析掺杂后各个体系的极化强度,发现随着Ta浓度的增加,极化强度逐渐降低,但是在低浓度掺杂时极化有向上增加的趋势,这可能是体系在低浓存在着正交与单斜的准同型相界(Morphotropic phase boundary,MPB)导致的,由此可以判断,低浓度掺杂有利于提高KNN材料的铁电性能.
关键词
第一性原理
钙钛矿结果
KNN
铁电性
Keywords
First principles
Perovskite results
KNN
Ferroelectricity
分类号
O469 [理学—凝聚态物理]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
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1
(K_(0.5)Na_(0.5))Nb_(1-x)Ta_(x)O_(3)铁电性的第一性原理研究
褚新建
雷博程
刘晨曦
刘纪博
《原子与分子物理学报》
CAS
北大核心
2025
0
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职称材料
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