壓電陶瓷材料可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能或者將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能

近日，武漢理工大學(xué)張聯(lián)盟院士團(tuán)隊(duì)與澳大利亞伍倫貢大學(xué)、西安交通大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)合作，報(bào)道了摻雜劑在鈮酸鉀鈉（K0.5Na0.5NbO3，KNN）無(wú)鉛壓電陶瓷中對(duì)原子尺度結(jié)構(gòu)、宏觀相結(jié)構(gòu)以及性能的影響與貢獻(xiàn)，對(duì)新型壓電陶瓷的設(shè)計(jì)與制備提供了新的思路。該研究成果以“The mechanism for the enhanced piezoelectricity in multi-elements doped (K,Na)NbO3 ceramics”為題，發(fā)表在《自然-通訊》（Nature communications）上。

壓電陶瓷材料可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能或者將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，因此被廣泛應(yīng)用于機(jī)電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域。近年來(lái)，人們環(huán)保意識(shí)和健康意識(shí)的增強(qiáng)，無(wú)鉛壓電材料得到了快速發(fā)展。在KNN壓電陶瓷材料中，多元素?fù)诫s是一個(gè)重要的研究方向，但其摻雜劑與微觀結(jié)構(gòu)、宏觀結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系一直難以建立，限制著新型壓電材料的設(shè)計(jì)與制備。探索摻雜劑與微觀、宏觀和性能的關(guān)系，將有助于加深對(duì)壓電陶瓷摻雜改性機(jī)制的理解，并進(jìn)一步設(shè)計(jì)新型的壓電陶瓷材料。

合作團(tuán)隊(duì)采用雙球差校正電鏡分析技術(shù)，對(duì)所制備的多元摻雜KNN陶瓷進(jìn)行原子結(jié)構(gòu)表征，發(fā)現(xiàn)摻雜劑誘導(dǎo)的四方相宏觀結(jié)構(gòu)中存在大量的小角度極化區(qū)域。通過模擬分析表明，小角度的極化矢量區(qū)域比大角度的極化矢量區(qū)域更容易在電場(chǎng)下發(fā)生變化，并促進(jìn)整體結(jié)構(gòu)的變化，說明多元摻雜形成的宏觀四方相結(jié)構(gòu)，可以顯著提高材料的壓電性能。作者認(rèn)為這種結(jié)構(gòu)的演變廣泛存在于壓電陶瓷以及其它功能材料中，為提升材料的性能提供了新途徑。

武漢理工大學(xué)材料復(fù)合新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室高瀟逸博士為該論文的第一作者，實(shí)驗(yàn)室沈強(qiáng)教授、吳勁松教授，西安交通大學(xué)李飛教授、伍倫貢大學(xué)張樹君教授為本文的共同通訊作者。

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