科技日報(bào)記者 王祝華 通訊員 王朝妙 陳思甜

3月29日，記者從海南大學(xué)獲悉，該校材料科學(xué)與工程學(xué)院祁核團(tuán)隊(duì)提出將高熵策略引入高溫壓電陶瓷設(shè)計(jì)領(lǐng)域，并制備出了新型高熵高溫壓電陶瓷材料。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)材料》上。

鈮酸鉍鈣作為居里溫度最高的鉍層狀結(jié)構(gòu)化合物，被認(rèn)為是最有潛力的高溫壓電材料之一。但是，由于其具有極低的壓電性能和高溫下較低的電阻率，限制了鈮酸鉍鈣在電子元器件領(lǐng)域的發(fā)展。

針對上述問題，祁核團(tuán)隊(duì)通過在鈮酸鉍鈣基體中引入Na?、Ti??、Ta??等異質(zhì)原子，利用高熵策略設(shè)計(jì)出鉍層高溫壓電陶瓷，成功實(shí)現(xiàn)壓電性能、絕緣性能和溫度穩(wěn)定性等電學(xué)性能的協(xié)同提升。研究表明，高熵處理并未顯著改變鈮酸鉍鈣的長程平均正交結(jié)構(gòu)，為保持高居里溫度提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。令人鼓舞的是，高熵效應(yīng)致使部分鉍氧層被擠出，從而在鈮酸鉍鈣基陶瓷中形成了無定形層，這些二維缺陷周圍的鈣鈦礦層中引發(fā)了額外的獨(dú)特平面外極化；同時(shí)，在局部尺度上由于極化反轉(zhuǎn)能壘的降低，進(jìn)一步增強(qiáng)了極化柔韌性，實(shí)現(xiàn)了高壓電性能的突破。

研究人員介紹，該材料居里溫度在保持900℃以上的同時(shí)，壓電系數(shù)d33提升至30 pC/N以上，同時(shí)伴隨良好的溫度穩(wěn)定性，以及在750℃時(shí)具有創(chuàng)紀(jì)錄的高性能指標(biāo)（d33*TC）和1.0×10?Ω?cm的高直流電阻率，其綜合電學(xué)性優(yōu)于傳統(tǒng)的鉍層狀結(jié)構(gòu)高溫壓電陶瓷材料。

據(jù)悉，團(tuán)隊(duì)近年利用熵調(diào)控策略對鐵電材料進(jìn)行了一系列設(shè)計(jì)，分別獲得了具有優(yōu)異電學(xué)性能的高熵壓電陶瓷、高熵電致伸縮材料、高熵反鐵電體和高熵儲(chǔ)能電介質(zhì)等新材料。