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新型多孔压电陶瓷研制取得进展

2026/09/28

文章导读
多孔结构可改善压电陶瓷性能,却常以压电活性和机械强度下降为代价,造孔技术如何突破这一权衡?中国科学院上海硅酸盐研究所提出自组装造孔工程,利用反应物与产物的密度差自发形成孔隙。所得30%孔隙率Bi-CBT陶瓷,d33达到23.1pC/N,在25℃至525 ℃范围内变化率小于±15%,兼具抗压强度和低热导率;该技术制备的多孔BaTiO3陶瓷还实现0.32m4/C2的等效电致伸缩系数。这一路径能否推动结构—功能一体化陶瓷规模化制备?
— 内容由好学术AI分析文章内容生成,仅供参考。

将孔隙作为可设计的微结构单元引入压电材料,可构筑多孔压电陶瓷,为压电性能调控开辟新维度。孔隙工程不仅能提高压电电压系数、优化声阻抗匹配,还可降低热导率,提高材料性能对温度波动的抵抗能力。然而,多孔压电材料的实际应用受根本性权衡关系的制约——孔隙的引入通常会造成压电活性和机械强度明显下降,现有主流造孔技术难以有效突破这一限制。

近日,中国科学院上海硅酸盐研究所提出自组装造孔工程技术,利用化学反应过程中反应物与产物之间密度差,实现孔隙的自发形成。

依托该技术诱导的晶格软化、畴尺寸细化及残余内应力协同作用,所制备的多孔铋层状结构Ca0.94Bi4.06Ti4O15(Bi-CBT)陶瓷,在30%孔隙率下展现出优异的综合性能。其压电系数d33达到23.1pC/N,且在25℃至525 ℃的宽温范围内,d33的变化率小于±15%,兼具优异的抗压强度和低热导率。

此外,自组装造孔工程技术具备跨体系的广泛普适性。基于该技术制备的多孔钙钛矿结构BaTiO3陶瓷实现了0.32m4/C2的超高等效电致伸缩系数。这一成果为结构—功能一体化陶瓷的规模化制备建立了通用且低成本的技术路径。

相关研究成果发表在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)上。研究工作得到国家自然科学基金的支持。

新型多孔压电陶瓷研制取得进展

自组装造孔工程的示意图及实验实现


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