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近日，武漢理工大學(xué)張聯(lián)盟院士團隊與澳大利亞伍倫貢大學(xué)、西安交通大學(xué)科研團隊合作，報道了摻雜劑在鈮酸鉀鈉（K0.5Na0.5NbO3，KNN）無(wú)鉛壓電陶瓷中對原子尺度結構、宏觀(guān)相結構以及性能的影響與貢獻，對新型壓電陶瓷的設計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?！　?/p>

壓電陶瓷材料可以將機械能轉換為電能或者將電能轉換為機械能，因此被廣泛應用于機電轉換領(lǐng)域。近年來(lái)，人們環(huán)保意識和健康意識的增強，無(wú)鉛壓電材料得到了快速發(fā)展。在KNN壓電陶瓷材料中，多元素摻雜是一個(gè)重要的研究方向，但其摻雜劑與微觀(guān)結構、宏觀(guān)結構和性能的關(guān)系一直難以建立，限制著(zhù)新型壓電材料的設計與制備。探索摻雜劑與微觀(guān)、宏觀(guān)和性能的關(guān)系，將有助于加深對壓電陶瓷摻雜改性機制的理解，并進(jìn)一步設計新型的壓電陶瓷材料。

合作團隊采用雙球差校正電鏡分析技術(shù)，對所制備的多元摻雜KNN陶瓷進(jìn)行原子結構表征，發(fā)現摻雜劑誘導的四方相宏觀(guān)結構中存在大量的小角度極化區域。通過(guò)模擬分析表明，小角度的極化矢量區域比大角度的極化矢量區域更容易在電場(chǎng)下發(fā)生變化，并促進(jìn)整體結構的變化，說(shuō)明多元摻雜形成的宏觀(guān)四方相結構，可以顯著(zhù)提高材料的壓電性能。作者認為這種結構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)材料復合新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗室高瀟逸博士為該論文的第一作者，實(shí)驗室沈強教授、吳勁松教授，西安交通大學(xué)李飛教授、伍倫貢大學(xué)張樹(shù)君教授為本文的共同通訊作者。

     論文鏈接：
     https://www.nature.com/articles/s41467-021-21202-7