新聞網(wǎng)訊 透明壓電材料在透明壓電觸控傳感器、光聲成像透明換能器、透明驅(qū)動(dòng)器等方面有著誘人的應(yīng)用前景。但復(fù)雜的鐵電疇結(jié)構(gòu)使得壓電材料的透光率一直較低，阻礙其在多功能器件領(lǐng)域的應(yīng)用。2020年，西安交通大學(xué)通過(guò)交流極化工藝制備了兼具高透明度和高壓電性的Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3（簡(jiǎn)稱 PMN-PT）單晶，該成果被評(píng)為2020年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展，引起了廣泛的關(guān)注。國(guó)際著名期刊Nature對(duì)此成果給予了高度評(píng)價(jià)：“將光學(xué)功能耦合在了高性能壓電晶體中，為力-電-光多功能耦合器件的研制打開了一扇門，及時(shí)地滿足了當(dāng)前日益增長(zhǎng)的對(duì)多功能材料和器件的需求”。國(guó)際著名期刊Science評(píng)價(jià)該成果為：“透明高性能壓電晶體將推動(dòng)透明機(jī)器人、自供電觸摸屏等器件的研制用于制作具有更高靈敏度的光聲成像系統(tǒng)，在乳腺癌、黑色素瘤和血液疾病的診斷方面為醫(yī)生提供幫助。”
與單晶材料相比，陶瓷材料具有制備工藝簡(jiǎn)單和成本低的優(yōu)勢(shì)，但陶瓷材料中的氣孔以及復(fù)雜的晶粒晶界結(jié)構(gòu)使其更加難以透明。雖然可以通過(guò)組分調(diào)控降低壓電材料的居里溫度來(lái)減少鐵電疇的數(shù)量、降低鐵電疇的尺寸進(jìn)而提高其透過(guò)率，但該方法會(huì)大大降低材料的壓電性能。所以制備同時(shí)具有高壓電性和高透過(guò)率的壓電陶瓷一直以來(lái)是一個(gè)較大的挑戰(zhàn)。
我校物理科學(xué)學(xué)院光電功能陶瓷團(tuán)隊(duì)從事透明功能陶瓷研究十多年。近日成功研制了同時(shí)具備高壓電性（壓電系數(shù)d33~1400 pC/N）和高透光率（~68% @ 900 nm）的稀土Eu摻雜PMN-PT透明壓電陶瓷。該成果具有重要的應(yīng)用前景，以“Highly Transparent Eu-Doped 0.72PMN-0.28PT Ceramics with Excellent Piezoelectricity”為題發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces期刊上（2021 13 (45), 54210-54216）。掃描電子顯微鏡和壓電力顯微鏡研究結(jié)果表明陶瓷中以平均尺寸僅為250 nm的水痕狀鐵電疇為主，該疇結(jié)構(gòu)有利于提高陶瓷的光學(xué)透過(guò)率；相對(duì)含量較少的平行直條紋鐵電疇的翻轉(zhuǎn)對(duì)外電場(chǎng)更加靈敏且引起的應(yīng)變更大，是提升該材料壓電性能的主要原因。
該論文第一作者為物理科學(xué)學(xué)院碩士研究生顏培坤，導(dǎo)師為物理科學(xué)學(xué)院秦亞琳博士（通訊作者）。物理科學(xué)學(xué)院張永成副教授和澳大利亞臥龍崗大學(xué)張樹君教授為論文的共同通訊作者。青島大學(xué)為論文第一單位和通訊作者單位。
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https://doi.org/10.1021/acsami.1c17262
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