開發更高效的能量轉換材料是許多尖端應用研究中長期追求的目標，如醫療診斷和微機電系統。得益於獨特的壓電效應，壓電陶瓷被廣泛用於上述領域的超聲換能器和壓電能量收集器中🚶‍➡️。近年來，基於居裏溫度和壓電性能等因素的綜合考慮，KNN基壓電陶瓷已成為無鉛材料中最受廣泛研究的鉛基壓電替代材料。

材料科學與工程學院翟繼衛教授研究團隊為了彌補單純采用NPB相界策略在KNN基陶瓷的壓電性能改善過程中所帶來的難以實現飽和極化問題，利用織構化工藝和中熵誘導NPB相界策略的協同優化，基於模板晶體生長法（TGG）以及兩步燒結法製備了T-xBHT織構壓電陶瓷，深入探究了多尺度重構對xBHT壓電陶瓷性能的影響規律。所開發的中熵T-xBHT織構陶瓷具有優異的綜合壓電性能（d₃₃ ~ 680 ± 35 pC/N, k_p ~ 72.5%, T_c ~ 260 ℃），從而表現出優異的壓電能量收集和超聲換能特性，在無鉛和鉛基壓電陶瓷中都具有很強的競爭力。綜合結構分析表明🙎🏻，電場誘導多尺度極化配置的不可逆高效翻轉促進了高飽和的極化。該項工作不僅展示了高性能KNN基壓電陶瓷設計的新思路🧓🏽，並為壓電性能和潛在的多尺度結構建立了密切聯系🪆🙇‍♂️。近日🧘🏼，該研究成果以“Multiscale reconfiguration induced highly saturated poling in lead-free piezoceramics for giant energy conversion”為題發表在《自然·通訊》（Nature Communications）上。

恒达平台材料科學與工程學院翟繼衛教授🚴‍♀️、北京科技大學數理學院施小明博士和西安交通大學材料學院武海軍教授為論文通訊作者。該研究工作還得到了哈爾濱工業大學、山東大學🍖、福州大學等單位的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-46894-5