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1月16日，英國(guó)《自然》期刊在線發(fā)表了西安交大壓電單晶研究團(tuán)隊(duì)的最新學(xué)術(shù)成果：“Transparent ferroelectric crystals with ultrahigh piezoelectricity（具有超高壓電效應(yīng)的透明鐵電單晶）”。

鐵電材料是一種能夠?qū)崿F(xiàn)電-聲信號(hào)轉(zhuǎn)換的智能材料，廣泛應(yīng)用于超聲、水聲、電子、自控、機(jī)械等諸多領(lǐng)域。然而，由于鐵電體存在大量的疇壁和晶界，傳統(tǒng)的高性能壓電材料，如Pb(Zr,Ti)O3（PZT）陶瓷和工程疇結(jié)構(gòu)的Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3（PMN-PT）單晶材料，通常在可見光波段是不透明的。這一問題長(zhǎng)期地阻礙了人們?cè)噲D將可見光耦合到高性能壓電器件中的設(shè)想。

            a 本工作所得到的透明高性能壓電單晶材料照片  b單晶透光率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

西安交大研究團(tuán)隊(duì)與美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)、澳大利亞伍倫貢大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等單位合作，利用交變電場(chǎng)來極化PMN-PT鐵電晶體，從而完全消除了對(duì)光有散射作用的鐵電疇壁，從而獲得了兼具高壓電系數(shù)（>2100 pC/N）、高電光系數(shù)（220 pm/V）和理論極限透光率的鐵電晶體材料。這項(xiàng)研究工作所獲得的透明壓電晶體將有效地推動(dòng)聲-光-電多功能耦合器件的設(shè)計(jì)與開發(fā)，例如透明觸覺傳感器、具有能量收集功能的透明壓電觸摸屏、用于光聲成像的高性能透明超聲換能器等。此外，在壓電機(jī)理研究方面，基于相場(chǎng)模擬和原位實(shí)驗(yàn)表征，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，在PMN-PT晶體中，減小疇壁密度（或增大電疇尺寸）可使晶體壓電和介電性能大幅增加，挑戰(zhàn)了人們長(zhǎng)期以來由于鈦酸鋇晶體研究工作而形成的高疇壁密度產(chǎn)生高壓電效應(yīng)的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，為今后壓電材料的設(shè)計(jì)提供了思路。

該論文第一作者包括西安交大電信學(xué)部邱超銳博士生、張楠教授和美國(guó)賓州州立大學(xué)王博博士。西安交大李飛教授和徐卓教授及美國(guó)賓州州立大學(xué)陳龍慶教授為論文通訊作者。參與本項(xiàng)工作的還包括澳大利亞伍倫貢大學(xué)張樹君教授、美國(guó)賓州州立大學(xué)Tom Shrout教授、哈爾濱工業(yè)大學(xué)田浩教授等。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部111引智計(jì)劃、教育部聯(lián)合基金、西安交通大學(xué)青年拔尖人才計(jì)劃和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)等項(xiàng)目的支持。