物理学科学术报告（曹文武 美国宾夕法尼亚州立大学）

发布者：物电研究生办   发布时间：2019-12-10  浏览次数：125

报告题目：PMN-PT驰豫铁电单晶的电滞回线对于频率和温度的依赖关系

报告时间：2019年12月12日（星期四）10:20-11:20

报告地点：科技北楼29-414

报告人： 曹文武 美国宾夕法尼亚州立大学教授

报告摘要： PMN-PT驰豫铁电单晶的发现使医用超声诊断设备的性能得到了巨大的提升。与传统的PZT压电陶瓷相比，PMN-PT驰豫铁电单晶的压电系数d33提升了4倍以上，高达2000 pC/N；机电耦合系数也从70%提高到了90%，使二次谐波成像技术得以实现。然而，PMN-PT驰豫铁电单晶的矫顽场只有PZT压电陶瓷矫顽场的1/5，这为PMN-PT驰豫铁电单晶应用于高频超声探头带来了不确定性。而现代医学B-超的运行模式用的都是双极性脉冲，特别是利用多普勒效应进行血流测量则需要20多个连续单音正弦波脉冲。为了有足够大的回波信号，高频时超声设备的驱动电场一般都会超过PMN-PT单晶的矫顽场，这就可能导致压电材料极化矢量反转而报废探头。针对这样一个实际问题，我们分析了极化反转的相关物理机制，测量了电滞回线随温度和频率的变化关系，特别是对于0.71Pb(Mg1/3Nb2/3)O3–0.29PbTiO3组分的单晶定量地给出了矫顽场随温度和频率的变化关系，为PMN-PT驰豫铁电单晶的高频应用提供了非常重要的理论依据。我们的研究结果表明，当超声频率超过1兆赫兹时，有效矫顽场至少增加一倍以上；当频率超过5兆赫兹以上，有效矫顽场可以达到低频矫顽场的3倍以上。因此，在室温下PMN-PT驰豫铁电单晶完全可以用于制备高频医用超声探头。需要注意的是有效矫顽场会随着温度升高而降低，因此，在高频应用时需保持压电材料的温度在30°C以下。

报告人简介：曹文武教授是美国宾夕法尼亚州立大学数学系与材料研究院共聘的终身教授；教育部“长江学者”讲座教授、国家特聘专家、973项目首席科学家。曹教授是凝聚态物理学博士、材料物理博士后，历任物理系教授、数学与材料科学教授、生物医学工程专业博导、仪器科学与工程系讲座教授、医科大学客座教授和海洋物理专业讲习教授。他多年从事交叉学科的科研和教学工作，是新型压电材料、全矩阵物性测量、超声换能器和超声设备等领域的国际知名专家。已发表SCI学术论文620余篇，包括多篇《Nature Materials》、《Advanced Materials》、《Nature Communications》、《PNAS》、《Advanced Functional Materials》、《Physical Review Letters》等顶级期刊论文；引用超过17000余次, H-因子62；合著专著5部并获得国家发明专利30余项。他的团队在声动力和光动力无创治疗动脉粥样硬化和癌症的研究方面以及超声、光声、声动力癌症治疗仪器研究方面获得了多项具有世界先进水平的科研成果。目前他团队已经有两项新型压电材料研究成果进入了产业化中试阶段。

【物电大讲堂14】美国宾夕法尼亚州立大学曹文武教授：浅谈高校的交叉学科发展

发布者：物电学工办   发布时间：2019-12-27  浏览次数：93

为深入探讨如何加强跨学科教学和开展多学科交叉科研模式，12月12日晚，我院于20幢一楼报告厅举办物电大讲堂第14讲，本次讲座主题为“浅谈高校的交叉学科发展”。主讲嘉宾为美国宾夕法尼亚州立大学教授曹文武。院党委副书记阮春峰老师主持本次讲座。

（曹教授讲课）

讲座伊始，曹教授为同学们阐述了交叉学科的必然性和必要性，他将此精准概括为五点：一是值得研究的单一学科的纯理论问题难度过大，常人难以驾驭；二是很多学科之间的界限逐渐模糊，新兴事物的学科划属难以确定；三是科研成果的商业步伐越来越快；四是社会对学校的期望越来越实际，提高了学校在科研方面的要求；五是学校必须做横向课题，单纯纵向科研基金资助远远无法支持学校科研运作需求，理科不单搞理，工科不纯做工。

随后，曹教授以宾夕法尼亚州材料研究所为例，从财会和管理系统、教师构成、研究生发展等机构构成方面说明PSMRL是一个值得借鉴的交叉学科模式。

（师生听课）

然后曹教授结合自身从事交叉学科的经历和体会指出，学习要兼顾深度与广度，既要打牢专业基础，也要扩大知识面。他还建议要进一步加强自上而下的科研模式教育，做到实用研究科学奠基，基础研究有的放矢，通过学科交叉产生1+1>2的效果。

最后曹教授以融合多种学科的高频医用超声研究为范例，强调了没有必要把基础研究和应用研究对立起来的观念，他认为两者之间的关系应该是“你中有我，我中有你”，缺一则不成体系。

（阮书记总结）

讲座末尾，阮书记对曹教授所讲内容进行了总结，并结合中国时下创新创业的发展对同学们提出了建议——注重教与学，大胆创新，关注交叉学科的发展态势，边做边学。

通过本次讲座，同学们对交叉学科领域有了具体的认识，对如何在学习过程中积累多个学科知识有了更深刻的理解。

杨柳风/图文

娄佳瑜/编辑