硅酸盐玻璃的电化学应变显微镜研究

压电响应力显微镜 (PFM) 和电化学应变显微镜 (ESM) 是两种相关技术，已在纳米尺度探测功能材料特性方面取得了显著成功。两者均测量样品在尖锐导电针尖下方局部电场作用下的应变。在本工作中，使用涂有不同导电金属的多种 Si 悬臂梁对一系列市售玻璃样品进行了测量。在某些情况下，这些玻璃显示出显著的磁滞回线，其外观类似于在具有自发永久电偶极子的铁电材料上测得的回线。电化学应变和磁滞的大小与玻璃材料中钠的摩尔百分比密切相关，高钠（钠钙）玻璃显示出较大的磁滞，而熔融石英（纯 SiO2）基本上没有磁滞。磁滞回线的象耳形状与其源于弛豫行为很好地吻合，这一解释通过观察 ESM 响应的温度依赖性弛豫得到了验证。无序玻璃中的阳离子迁移率应具有较低的扩散常数。为了评估该扩散常数，玻璃的温度在室温和 200C 之间变化。随着温度升高，磁滞消失与电化学响应弛豫时间的减少相关。在此温度范围内，磁滞行为发生了剧烈变化，这与束缚表面水在弛豫中起主要作用一致。这表明 ESM 能够区分一系列硅酸盐玻璃中的阳离子浓度。此外，由于玻璃是常见的样品基底，这为避免压电响应和电化学应变响应测量中不需要的基底串扰效应提供了一些明确的指导。