当前位置:首页 >> 学术资讯 >> 科研信息

我国学者提出无铅压电陶瓷电致应变新机制

2025/06/03

我国学者提出无铅压电陶瓷电致应变新机制

图 (a) KNN陶瓷应变响应与厚度的独特依赖关系;(b) 氧空位在压电陶瓷中的非均匀分布;(c) 压电材料中氧空位在电场下的跃迁行为;(d) 本工作与其他钙钛矿型压电材料的电致应变性能对比

  在国家自然科学基金项目(批准号:52388201、52032005)等资助下,清华大学王轲研究员与合作者在无铅压电陶瓷电致应变响应机制方面取得进展。相关研究成果以“化学压电效应诱导无铅压电陶瓷高电致应变(High electrostrain in a lead-free piezoceramic from a chemopiezoelectric effect)”为题,于2025年2月26日在线发表于《自然·材料》(Nature Materials),论文链接:https://www.nature.com/articles/s41563-024-02092-8。现任国际铁电学会主席、洛桑联邦理工学院名誉教授Dragan Damjanovic在同期评述中给予高度评价,认为该研究是“铁电材料中理解和利用缺陷诱导电致应变的关键一步”。

  压电驱动器凭借快速响应和高精度位移特性在全球市场中占据重要地位,其核心性能指标——电致应变尤为关键。然而,无铅压电陶瓷的电致应变普遍低于1%,成为制约其在驱动领域应用突破的主要瓶颈。

  王轲研究员团队通过调控非对称分布氧空位缺陷的跃迁行为,在铌酸钾钠(KNN)无铅压电陶瓷中成功诱导出高达1.9%的电致应变(压电常数超过6300 pm/V),相较于传统方法制备的KNN陶瓷应变提升了近50倍。研究团队综合利用同位素示踪、脉冲射频辉光放电原子发射光谱、分子动力学计算以及相场模拟等多种先进表征与分析手段,揭示了氧空位的非均匀分布与短程跃迁在高电致应变响应中的关键作用:氧空位在电场作用下的非均匀分布可引起材料表面晶胞体积的显著变化,从而诱导电致应变的巨大提升。研究团队创新性地提出“化学压电效应(Chemopiezoelectric effect)”这一概念,用以描述压电材料中本征压电效应、铁电畴翻转、电致伸缩以及氧空位短程跃迁共同作用下的复杂电致应变响应行为。

  本研究不仅揭示了压电陶瓷中氧空位的非均匀分布特征及其短程跃迁机制,还深入阐明了缺陷状态与材料性能的构效关系。该材料展现出优异的频率稳定性、温度稳定性和抗疲劳特性,这表明其在多层驱动器领域具有广阔的应用前景,有望为高性能压电驱动技术的发展提供重要的理论支撑与材料基础。


版权声明:
文章来源国家自然科学基金委员会,分享只为学术交流,如涉及侵权问题请联系我们,我们将及时修改或删除。

相关学术资讯
近期会议

第二届无人系统与自动化控制国际学术会议(ICUSAC 2025)(2025-12-26)

2025年IEEE第八届算法,计算与人工智能国际会议 (ACAI 2025)(2025-12-26)

第二届遥感技术与图像处理国际学术会议(RSTIP 2025)(2025-12-26)

第二届模式识别与图像分析国际学术会议(PRIA 2025)(2025-12-26)

2025年创新设计与数字化转型国际会议(2025-12-26)

第五届通信技术与信息科技国际学术会议(ICCTIT 2025)(2025-12-26)

第五届人工智能与大数据国际学术研讨会 (AIBDF 2025)(2025-12-26)

2025物理学、量子计算与光学国际会议(ICPQCO 2025)(2025-12-27)

2026年数学、人工智能与金融学国际会议(ICMAIF 2026(2026-01-06)

2026智能电网信息工程、电缆工程与电气国际会议(CEEE 2026)(2026-01-06)

2025机械自动化、工程力学与电工电子技术国际会议(AEMEET 2025)(2025-12-24)

2025工业制造、化学工程与电催化国际会议(ICIMCEE 2025)(2025-12-27)

2025年集成电路科学与工程国际会议(ICICSE 2025)(2025-12-31)

2025年艺术、管理与教育创新国际会议(ICAMEI 2025)(2025-12-26)

2025年电气科技、能源与先进热力系统国际会议(IETAS 2025)(2025-12-24)

2025岩土力学、矿产资源与结构工程国际会议(ICGMRSE 2025)(2025-12-22)

2025高电压工程、绝缘技术与电气设备国际会议(HVEITE 2025)(2025-12-22)

2025年表演学、文化传播与艺术国际会议(PSCCA 2025)(2025-12-25)

2025声学、动力学与流体力学国际学术会议(ADFM 2025)(2025-12-23)

2025年虚拟现实与智能传感技术国际会议(RIST 2025)(2025-12-26)

小贴士:学术会议云是学术会议查询检索的第三方门户网站。它是会议组织发布会议信息、众多学术爱好者参加会议、找会议的双向交流平台。它可提供国内外学术会议信息预报、分类检索、在线报名、论文征集、资料发布以及了解学术资讯,查找会服机构等服务,支持PC、微信、APP,三媒联动。