【項目名稱】

無鉛壓電陶瓷電致應變調控新機製

【項目負責人】

郭益平

【項目完成人】

郭益平⛹🏽‍♂️、皇甫庚、王彬全、王傑

【項目完成單位】

材料科學與工程學院

【項目簡介】

目前商用壓電驅動器主要由氧化鉛含量超過60 wt%的鋯鈦酸鉛(PZT)陶瓷組成，在製備⚠️5️⃣、使用、回收和廢棄過程中，給生態環境和社會可持續發展帶來嚴重危害。然而無鉛壓電陶瓷其綜合性能遠低於商用的PZT陶瓷🙍🏿‍♀️。因此開發出綜合應變性能優異的無鉛壓電陶瓷陶瓷及器件已經成為國際上的重要科學前沿和技術競爭焦點🤖⚆。

項目團隊針對铌酸鉀鈉(KNN)基無鉛壓電陶瓷電致應變調控新機製開展了系列研究工作🌎，在多尺度結構調控🧑🏻‍🌾、鐵電疇與缺陷偶極子耦合理論🚛、新型無鉛壓電陶瓷驅動器的結構設計與應用開發等方面取得了創新性研究成果：在鍶元素摻雜的 KNN 基陶瓷中獲得了超大電致應變以及可媲美商用鉛基陶瓷的綜合性能（大應變🙂、低驅動電壓👮🏿‍♀️、低滯後、優異的耐疲勞性能和熱穩定性）。研究揭示了缺陷偶極子定向排列造成固定極化和不對稱應變行為的原理，解明了多層次結構與獨特應變行為的關聯機製；發展了缺陷偶極子的相關理論，提出了定向的缺陷偶極子與鐵電疇相互作用模型👷🏽‍♂️，創新了大應變無鉛壓電陶瓷的設計理論👨🏿‍🍳。相關論文發表在國際頂級學術期刊Science上⏭👩🏽‍🚒，成為Science刊發的全球首篇無鉛壓電陶瓷驅動領域論文🧚🏻，入選ESI熱點論文（被引頻次進入材料科學領域前0.1%）。

項目團隊已實現了無鉛宏觀纖維復合材料驅動器、彎曲驅動器及共燒型堆疊陶瓷驅動器等壓電器件核心技術的自主掌控🔨，並聯合國內企業成功推出了無鉛壓電陶瓷驅動器中試產品，其核心性能已超越商用鉛基陶瓷元件🌰，該研究工作填補了無鉛陶瓷驅動器應用的空白，在芯片熱管理、觸覺反饋、極紫外光發生器及精密定位系統等領域具有重要應用前景🌀🧑‍💻。