九游会(J9) - 真人游戏第一品牌

　　压电材料作为机械能与电能相互转换的核心功能材料，长期以来主要集中于非中心对称的绝缘体或宽带隙半✅导体领域，如锆钛酸铅（PZT）陶瓷和石英（SiO₂）。这类材料虽具有高压电系数（如㊣PZT的33d33超过1000 pC/N），但其依赖外部电场诱导极化且高温下易发生相变或性能退化，限制了极端环境下的应用。与此同时，窄带隙半导体（㊣带隙0.5 eV）因高导电性（✅如α-GeTe✅的导电性达5×10⁵ S/m）导致电荷快速逸散，难以积累稳✅定的压电电压，相关研究长期停滞。半赫斯勒（HH）化合物作为一类具有立方非中心对称非极性结构（空间群F̄43m）的窄带隙半导体，其独特的晶体构型（XYZ原子占据不同面心立方亚晶格）和18价电子规则赋予其优异机械强度（弹性模量200 GPa）□□□□、热电性能及潜在压电特性。然而，尽管㊣理论预测某些HH化合✅物（如VFeSb）的剪切压电系数可㊣达100 pC/N，但实验验证因高导电性（~10⁴ S/m）的干扰始终未突破，成为该领域的关键空白。本研究通过精密单晶制备与电荷积累控制，首次在TiNiSn□□、ZrNiSn和TiCoSb中实现了压电效应的实验观测，填补了这一空白。

　　今日，浙江大学朱铁军□□、黄玉辉□□、付晨光课题组，采用自熔法成功生长出毫米级高质量单晶TiNiSn□□□、ZrNiSn和TiCoSb，通过劳厄衍射与同步辐射XRD确认其F̄43m✅空间群结构及[111]择优取向。利用准㊣静态法测得单晶ZrNiSn和TiCoSb的剪切压电应变系数44d44分别高达38和33 pC/N，显著超过传统非极性材料（如GaSb的2.9 pC/N和SiO₂的2.3 pC/N），甚至接近部分极性压电陶瓷（如BaTiO₃的数百pC/N）。实验发现，尽管HH材料导电性（~10⁴ S/m）远高于传统压电材料（如PZT的~10⁻⊃1;⁵ S/m），但其非极性结构中[111]方向的三重旋转对称性仍能有效分离电荷，形成稳定压电响应。进一步设计基于TiCoSb单晶的压电传感器，在22.6 N压力下输出0.2 mV开路电压，并可通过桥式整流电路为1 mF电容器充电至2.55 mV，验证了实际能✅量收集能力。高温实验显示，三种材料在1173 K下压电系数保持稳定（如TiCoSb的44d44仅从33 pC/N降至23 pC/N），且未出现相变或分解，归因于其宽温域机械稳定性（弹性模量210 GPa）与弱温度依赖导电性（半导体行为）。理论计算与实验值的对比（如ZrNiSn的实验44d44为38 pC/N，理论仅1.5 pC/N）揭示了晶体缺陷（如间隙原子或✅反位缺陷）可能通过局域极化增强压电响应，为缺陷✅工程优化指明方向。相关论文以题为“Piezoelectricity in half-Heusler narrow-bandgap semiconductors”的论文发表在Science上丁基橡胶结构图。

　　本研究突破性地证实了半赫斯勒窄带隙半导体作为非极性压电材料的可行性，其高温稳定性（至1173 K）□□□□、高机㊣械强度与㊣适中压电系数（30-40 pC/N✅）的协同特性，为极端环境（如航空航天㊣引㊣擎监测□□、核反应堆传感）及高频电子器件（如表面声波滤波器）提供了新材料选项。未来研究可从多维度深化：一是通过缺陷工程（如调控4d位点空位或引入掺杂）进一步提升压电系数；二是拓展HH化合物体系（如含稀土元素的ScNiSb或磁性组分的VFeSb），探索压电-磁电耦合等多功能特性；三是开发低成本多晶HH薄膜工艺，推动其在柔性电子或物联网传感器中的集成应用。此外，结合HH材料本征窄带隙特性，有望实现光✅-热-电㊣-力多场耦合器件，为自供电系统与智能材料开辟全新路径。尽管单晶生长难度与高导电性仍是当前挑战，但本研究为窄带隙半导体压电材料的开发奠定了理论与实验基石，预示着一类新型高性能压电材料的崛起。