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Science发文！西安交大研究团队与合作者在织构压电陶瓷领域取得重要进展
8 小时前
近日，西安交通大学电信学部电子学院与金属材料强度全国重点实验室的李飞教授团队，联合合作者通过机器学习辅助设计，成功开发出压电性能可与单晶相媲美的织构陶瓷。相关研究成果以《突破织构压电陶瓷的性能瓶颈》为题，在线发表于《科学》期刊。压电材料能实现电能与机械能的转换，广泛应用于医疗超声成像、水声声呐、精密驱动及芯片散热等领域。随着应用对器件性能要求的提升，压电材料综合性能亟待突破。织构压电陶瓷结合了单晶的高性能与传统陶瓷低成本、高机械韧性及可异形共形制备的优点，但此前其压电性能与同组分单晶存在差距，主要受限于低压电性的晶界、非织构晶粒及晶界对畴尺寸的限制。为解决这一问题，研究团队改进了拓扑化学合成法，研制出富含强扩散离子Zr的新型微晶模板，并建立了高质量的弛豫铁电陶瓷性能数据集，通过机器学习方法预测压电性能和居里温度。借助该模型，团队利用稀土元素掺杂引入极性纳米微区，首次研制出压电性能媲美单晶的Sm-Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Sc1/2Nb1/2)O3-PbTiO3织构压电陶瓷，其压电系数d33达1720 pC/N，机电耦合系数k33为0.93，且在机械强度和矫顽场方面表现优异。利用该陶瓷制成的矢量加速度计灵敏度远高于压电单晶和传统PZT陶瓷加速度计，且稳定性和疲劳特性与传统陶瓷器件相似。这表明新型织构压电陶瓷有望在医疗超声探头、高灵敏度传感器及芯片散热用压电风扇等器件中带来性能提升的新机遇。
