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1月16日，英國《自然》期刊在線發(fā)表了西安交大壓電單晶研究團(tuán)隊的最新學(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-聲信號轉(zhuǎn)換的智能材料，廣泛應(yīng)用于超聲、水聲、電子、自控、機械等諸多領(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。這一問題長期地阻礙了人們試圖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單晶透光率實驗數(shù)據(jù)

西安交大研究團(tuán)隊與美國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，利用交變電場來極化PMN-PT鐵電晶體，從而完全消除了對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。這項研究工作所獲得的透明壓電晶體將有效地推動聲-光-電多功能耦合器件的設(shè)計與開發(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，在壓電機理研究方面，基于相場模擬和原位實驗表征，研究團(tuán)隊還發(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，為今后壓電材料的設(shè)計提供了思路。

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賓州州立大學(xué)陳龍慶教授為論文通訊作者。參與本項工作的還包括澳大利亞伍倫貢大學(xué)張樹君教授、美國賓州州立大學(xué)Tom Shrout教授、哈爾濱工業(yè)大學(xué)田浩教授等。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部111引智計劃、教育部聯(lián)合基金、西安交通大學(xué)青年拔尖人才計劃和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費等項目的支持。