高压下KNN 压电性能的第一性原理计算
高压下KNN 压电性能的第一性原理计算
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DOI：
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发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
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通讯作者：
席 悦
中科院分区：
文献类型：
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作者：
张 涛;陆荣浩;杨龙海;李 敏;周丽君;席 悦
针对面向声学煤矿传感技术的高性能无铅压电材料铌酸钾钠（ＫＮＮ），外加力场是调控其电学性能的重要手段之一。为研究高压条件下ＫＮＮ 的压电性能变化规律，采用基于密度泛函的第一性原理计算方法研究了不同压力下ＫＮN 的晶格常数、相结构能量、电子结构、介电性能和压电性能，系统研究不同压力下ＫＮＮ 压电性能的变化机理，确定其最佳的压力工作点。结果表明：随着外加压力从０ 增加至２１ ＧＰａ，ＫＮＮ 晶胞内晶格常数减小（原子间距离减小），电子结构中的能带带隙先减小后增大，电子结构电子云重叠程度增大和原子间静电作用增强。在外加压力１５ ～１８ ＧＰａ 范围内，ＫＮＮ 从三方相Ｒ 相转变为正交相Ｏ 相，此时Ｒ 相和Ｏ 相自由能差值低，自由能分布更平坦，晶格在外场下更容易发生形变，ＮｂＯ－６ 八面体也更容易发生畸变从而增强ＫＮＮ 压电性能。在外加压力为１５ ＧＰａ 下的ＫＮＮ 具有优良的介电性能和最大的压电性能ｅ３３ ＝７． ２ Ｃ／ ｍ２，有利于提升声学煤矿感知技术从而充分保障煤矿井下工作面安全高效生产。