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壓電陶瓷因其能夠實(shí)現機械能與電能之間的相互轉換而成為制造機-電轉換功能電子元器件的核心材料。在無(wú)鉛壓電陶瓷中，鈮酸鉀鈉基((K,Na)NbO₃, KNN)壓電陶瓷由于具有較高的壓電性能和居里溫度T_C等優(yōu)點(diǎn)，是最有希望取代鉛基壓電陶瓷的無(wú)鉛壓電陶瓷之一。然而，KNN的壓電性能和溫度穩定性與鉛基壓電陶瓷還相差甚遠，限制了其潛在應用。

近日，同濟大學(xué)翟繼衛教授研究團隊提出了一種集成分調控和織構工程的雙重策略，旨在重構KNN基陶瓷的相結構、疇結構、晶體各向異性和相變之間的復雜耦合。結果表明，在(K,Na)NbO₃基織構化陶瓷中獲得了較高的壓電系數(d₃₃~550±30 p CN^-1)和逆壓電系數(d₃₃*~850 pm V^-1)，以及290 °C的居里溫度。同時(shí)，在25-200 ° C的溫度范圍內，陶瓷的d33和d33*的變化率僅為3%和4%。這種在(K,Na)NbO₃基陶瓷中表現出的超穩定熱壓電性能與商用Pb(Zr, Ti)O₃基陶瓷相當。

具有寬服役溫區的高性能KNN基織構壓電陶瓷設計思路圖

該研究成果以“Ultra-Stable Thermal Piezoelectricity up to 200 °C in High-Performance KNN-Based Textured Piezoceramics”為題發(fā)表于《Advanced Function Materials》上。論文的第一單位是同濟大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，第一作者為同濟大學(xué)在讀碩士生楊慧蓉，通訊作者為同濟大學(xué)材料學(xué)院翟繼衛教授、哈爾濱工業(yè)大學(xué)姜桂鋮教授、同濟大學(xué)材料學(xué)院錢(qián)進(jìn)博士。

該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金的資助。