P(VDF-TrFE)薄膜中BaTiO3 纳米粒子界面效应与负电容态
材料科学
2025-08-04 v1
摘要
我们分析了含有BaTiO3纳米粒子(平均尺寸为24 nm)的P(VDF-TrFE)薄膜有效介电常数的温度依赖性。观察到在P(VDF-TrFE)的冻结温度(约-50°C)附近，介电常数的温度非线性从弱向强的转换。该转换随后在0-40°C的温度范围内表现为一种扩散的阶梯式变化，随后在含有较少量BaTiO3纳米粒子(~20-40体积%)的P(VDF-TrFE)薄膜中表现为介电常数的最大值；或在含有较大量BaTiO3纳米粒子(~50-70体积%)的P(VDF-TrFE)薄膜中表现为介电常数的准平坦区。介电常数的频率色散在其最大值附近显著。介电常数强烈温度依赖区域的温度-频率位移为正。对于含有较少量BaTiO3纳米粒子的P(VDF-TrFE)薄膜，其介电常数最大值的温度-频率位移微乎其意(或为负)。随着BaTiO3纳米粒子含量的增加，P(VDF-TrFE)-BaTiO3薄膜的相对介电常数显著增大，从25°C处的纯P(VDF-TrFE)薄膜的8增加至50。与此同时，研究的P(VDF-TrFE)/BaTiO3薄膜对频率调制红外辐射通量的电压响应性质偏向于光电而非热电。我们提出了一种现象学模型，考虑界面屏蔽电荷以及铁电纳米粒子之间偶极-偶极相互作用效应，以描述有效介电常数的温度和频率行为。由于界面效应引起，预测在含有大量BaTiO3纳米粒子的P(VDF-TrFE)薄膜中可出现负电容态。
引用
@article{arxiv.2504.14090,
title = {Interfacial Effects and Negative Capacitance State in P(VDF-TrFE) Films with BaTiO3 Nanoparticles},
author = {Oleksii V. Bereznykov and Oleksandr S. Pylypchuk and Victor I. Styopkin and Serhii E. Ivanchenko and Denis O. Stetsenko and Eugene A. Eliseev and Zdravko Kutnjak and Vladimir N. Poroshin and Anna N. Morozovska and Nicholas V. Morozovsky},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.14090},
year = {2025}
}
备注
42 pages, 10 figures, 1 appenndix