Periodic Wrinkle‐Patterned Single‐Crystalline Ferroelectric Oxide Membranes with Enhanced Piezoelectricity

材料科学 铁电性 复合材料 压电 极化(电化学) 氧化物 皱纹 光电子学 纳米技术 电介质 遗传学 生物 物理化学 化学 冶金
作者
Guohua Dong,Suzhi Li,Tao Li,Haijun Wu,Tianxiang Nan,Xiaohua Wang,Haixia Liu,Yuxin Cheng,Yuqing Zhou,Wanbo Qu,Yifan Zhao,Bin Peng,Zhiguang Wang,Zhongqiang Hu,Zhenlin Luo,Wei Ren,Stephen J. Pennycook,Ju Li,Jun Sun,Zuo‐Guang Ye
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:32 (50): e2004477-e2004477 被引量:113
标识
DOI:10.1002/adma.202004477
摘要

Self-assembled membranes with periodic wrinkled patterns are the critical building blocks of various flexible electronics, where the wrinkles are usually designed and fabricated to provide distinct functionalities. These membranes are typically metallic and organic materials with good ductility that are tolerant of complex deformation. However, the preparation of oxide membranes, especially those with intricate wrinkle patterns, is challenging due to their inherently strong covalent or ionic bonding, which usually leads to material crazing and brittle fracture. Here, wrinkle-patterned BaTiO3 (BTO)/poly(dimethylsiloxane) membranes with finely controlled parallel, zigzag, and mosaic patterns are prepared. The BTO layers show excellent flexibility and can form well-ordered and periodic wrinkles under compressive in-plane stress. Enhanced piezoelectricity is observed at the sites of peaks and valleys of the wrinkles where the largest strain gradient is generated. Atomistic simulations further reveal that the excellent elasticity and the correlated coupling between polarization and strain/strain gradient are strongly associated with ferroelectric domain switching and continuous dipole rotation. The out-of-plane polarization is primarily generated at compressive regions, while the in-plane polarization dominates at the tensile regions. The wrinkled ferroelectric oxides with differently strained regions and correlated polarization distributions would pave a way toward novel flexible electronics.
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