作者:宾夕法尼亚州立大学的杰米·奥伯迪克
钛酸钡单晶的畴结构示意图(上图)和相应的压电系数作为畴尺寸和温度的函数(下图)，这些都是通过相场模拟计算的
学分:宾夕法尼亚州立大学钱恩研究小组 多年来，研究人员认为铁电晶体中的畴尺寸越小，材料的压电性能就越好
然而，宾夕法尼亚州立大学研究人员最近的发现对这一标准规则提出了质疑
铁电材料具有自发的电偶极矩，通过施加电场可以可逆地翻转
畴是铁电晶体中偶极矩排列在同一方向的区域
压电是一种材料特性，其中晶体在施加的机械力下产生电荷
这种能力使压电材料能够用于电子、传感器和致动器
材料科学与工程博士后王博说:“我们日常生活中的许多设备利用材料将电信号转换成机械信号的能力，反之亦然。”
“在大多数这些应用中，压电材料起着关键作用
最先进的压电材料是铁电材料
" 在微观尺度上，铁电材料由许多畴组成，这些畴的尺寸从几纳米到几毫米不等
每个磁畴由偶极矩的均匀或接近均匀的分布组成，当电荷分离时出现这种分布
相邻畴之间的区域称为畴壁
铁电晶体中的畴壁是厚度很小的界面，偶极矩在这个界面上改变方向
在铁电材料的研究界众所周知，这些畴壁对压电性有很大的影响，”王说
“社会上普遍认为，畴尺寸越小或畴壁密度越高，压电系数越大
" 然而，王和他的同事最近发表在《先进材料》杂志上的研究对这种传统观点提出了挑战
“我们的理论和计算表明，这种传统观点实际上并不经常正确，”王说
研究人员发现，较小的畴导致较高的压电性的想法是基于非常有限的现有数据，没有坚实的理论基础
宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程教授、工程科学与力学教授、数学教授龙-陈清说:“基于这种传统的智慧，研究界的许多人试图找到使所有这些领域变小的方法来增强压电性能，通常当他们看到压电性能有所改善时，首先想到的事情之一可能是由于这些领域变小了。”
“我们的工作为将压电现象与晶体对称性、晶体取向和畴结构联系起来提供了理论基础
" 在那篇论文中，他们提到了其他研究人员的发现，即与经过DC电场处理的晶体相比，交流电场可以将晶体的压电响应提高20%至40%
但是研究小组发现，在交流开关周期中，晶体内部的磁畴尺寸实际上变大了，而不是像预期的那样变小了
“我们提出了一个电场作用下磁畴变化的理论模型，我们用计算来证实它，由于我们的模拟，我们已经表明未来的研究人员将不得不观察晶体内部，”陈说
“以前的研究人员表明，更高的压电响应是由于更小的畴，但他们只看表面
我们通过计算表明，实际上，随着压电率的提高，畴变得更大，这是通过检查晶体表面下发现的
" 王认为，这种对铁电畴尺寸与压电性能关系的新认识，可以为改善材料的压电性能提供指导
“我们希望这项研究能让人们重新思考压电材料的设计原则，也许能以以前认为不可能的方式创造出更好的压电材料，”王说
“这可能会使更好的压电材料由更低成本的材料制成，或者由更环保的材料制成
" 除了王和陈，这项研究的另一位作者是，前宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程博士后研究员，现为中国西安交通大学正教授
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