Ya-Ju Chuang, Arnab Pal, Bo-Hao Chen, Satyaranjan Jena, Sreerag Suresh,
Zong-Hong Lin, and Michael H. Huang
Chem. Sci. 2025, 16, 3285-3295
國立清華大學 化學系 黃暄益教授
國立臺灣大學 醫學工程學系 林宗宏教授
通常要觀察半導體材料的晶面效應就是要先合成出如具{100}面的立方體、具{111}面的八面體，和具{110}面的菱形十二面體，但通常實驗無法這麼順利。在合成PbZrTiO3晶體時得到具四面晶系(tetragonal structure)的立方體及長方體，經過一般的X光繞射圖和電子顯微鏡的電子繞射圖分析，這兩種粒子皆有相同的表面晶面，但其光學、介電常數、壓電及鐵電性質的差異都顯示這兩個樣品是不一樣的，就如同紅肉和白肉火龍果的差別從外表是不易分辨的。經由同步輻射的X光繞射分析得知這兩種粒子的內部及表面層之晶格常數皆有些許差異，另外從高解析穿透式電子顯微鏡圖經快速傅立葉變換後得到的晶格圖也可看出明顯的晶格上的差異，這解釋為何其各種物理性質會有所不同。因原子經常會有在晶格位置上的熱位移或不完美，晶格圖可顯示其位移情形及程度。在應用方面，我們將PZT長方體製備成壓電奈米發電機，發現當PZT含量為30 wt%時，其開路電壓可達20.36 V，短路電流達2300 nA，表現顯著優於立方體。我們也將壓電奈米發電機整合成鞋墊感測器，並透過機器學習進行人體運動模式識別，可達成96.8%的準確率，顯示其在智慧穿戴裝置與自供電感測技術上的潛力。