新结构钛酸铅单晶纳米纤维的可控制备及其压电性能研究

本项目以获得一类单晶压电纳米纤维新材料为目标，将紧密围绕新结构钛酸铅单晶纳米纤维的可控制备技术，深入研究并阐明水热条件下新结构钛酸铅单晶纳米纤维的生长机制，实现新结构钛酸铅单晶纳米纤维的形貌、尺寸可调性；利用压电力显微镜研究新结构钛酸铅单晶纳米纤维的压电性能，揭示其压电纳米尺寸效应与物理机制，提出优化压电纳米材料性能的新方向，取得具有自主知识产权的研究成果，为相关纳米器件的研发和应用提供重要的实验依据和指导。

利用高分子辅助水热法，通过调节水热过程中反应物Pb/Ti的摩尔比成功实现了前钙钛矿相PbTiO3单晶纳米纤维的尺寸调控，纳米纤维的直径从平均约90 nm到15 nm，且伴随着尺寸的减小，纤维长径比从120减小到40。研究表明前钙钛矿相PbTiO3单晶纳米纤维是一种宽禁带的直接带隙半导体，带隙宽度为3.20eV，具有本征的绿色和近红外荧光发射，可能起源于电子结构决定的自俘获激子发光，无明显尺寸效应。通过高温退火使得前钙钛矿结构PbTiO3相变为钙钛矿结构，纳米纤维基本形貌保持不变，获得了不同尺寸的钙钛矿PbTiO3单晶纳米纤维；压电力显微镜(PFM)研究揭示了直径13nm的纳米纤维仍然具有铁电性。以上的研究将为铁电纳米材料的制备、性能优化及器件设计提供重要的实验依据和指导。