深圳先進院在多鐵材料納米力學性能表征領域取得進展

　　近日，中國科學院深圳先進技術研究院納米調控與生物力學研究室在多鐵材料納米力學性能表征領域取得新進展，提出了一種能夠同時表征多鐵納米材料納米尺度壓電性能和力學性能的技術。相關成果以Nanomechanics of multiferroic composite nanofibers via local excitation piezoresponse force microscopy（《通過局部激勵壓電力顯微技術表征多鐵納米復合纖維納米力學性能》）為題發表在Journal of the Mechanics and Physics of Solids（《固體力學與物理學報》）上。論文第一作者是深圳先進院客座博士研究生朱慶豐。

　　多鐵材料是一種同時具有鐵彈、鐵電、鐵磁兩種或兩種以上序參數耦合的多功能材料。多鐵磁電材料能展現出獨特的磁電耦合效應，其在傳感器、多態存儲、自旋電子器件等領域具有廣闊的應用前景。多鐵納米材料由于能夠促進電子器件的多功能化、集成化及微型化，近年來受到廣泛的關注和研究。多鐵納米材料器件應用時，其納米尺度力學和壓電性能起著至關重要的作用，一方面是由于磁電耦合效應源于復合材料內部應力的傳遞，另一方面這一應力也可能會導致材料的疲勞甚至損壞，直接關聯著器件的性能。因此，用納米尺度同時表征多鐵復合材料力學和壓電性，既是理解多鐵復合材料磁電耦合行為的關鍵，又是優化增強復合材料磁電耦合性能的基礎，然而當前缺乏相應的表征技術。

　　研究團隊提出的局部激勵壓電力顯微技術很好地彌補了這一空白。該技術將經典的力學理論有機結合起來，在傳統的壓電力顯微技術基礎上進行延伸，實現了同時表征多鐵納米材料納米尺度壓電性能和力學性能。為了證實該技術的有效性，團隊以不同組分的多鐵納米復合纖維為例，利用該技術不僅表征了纖維局部的壓電性，而且實現了對纖維納米尺度楊氏模量的單點測量以及成像。利用這一局部激勵技術得到的測量結果與傳統的納米壓痕法，全局激勵技術以及理論預測的結果很好地符合，證實了該技術的有效性及可靠性。與傳統技術相比，該技術具有實驗裝置簡單，能夠實現真正意義上的局域微納尺度測量，且能無損地實現對材料楊氏模量和壓電性能的高速、高分辨率成像等優點，這為多鐵材料納米尺度力學性能的表征提供了新思路，具有很好的應用前景。

　　該項研究得到科技部國家重點研發計劃納米專項、國家自然科學基金項目、深圳市科技創新委孔雀技術創新項目等的資助。