压电材料因其独特的机电耦合特性，能够实现机械信号与电信号之间的高效转换，已成为各类机电器件中的关键功能元件。过去几十年来，随着对无铅无毒、性能优异的压电材料需求的持续增长，无铅压电材料及其器件的研究迅速发展。为提升BaTiO₃基陶瓷的压电性能，研究人员提出了多种策略，包括三临界点设计、施主掺杂及先进制备工艺等。然而，这些方法虽可显著提高压电常数d₃₃，却常伴随居里温度 (Tc，即铁电-顺电相变温度)的降低，或需依赖复杂昂贵的制造流程。
针对上述问题，西安交通大学科研团队提出了一种通过调控局部相共存和化学组分不均匀结构协同优化压电性能与居里温度的策略，在无铅压电陶瓷材料 (Ba₀.₈₅Ca₀.₁₅)(Zr₀.₁Ti₀.₉)O₃（简称 BCZT）进行1400 °C、6小时的二次烧结处理。该工艺有效诱导材料内部形成明显的，从而实现了压电性能与居里温度的协同优化。研究结果表明，经过二次烧结处理的BCZT陶瓷，其压电系数d₃₃显著提升至710 pC/N，同时保持原有的居里温度不变。该成果不仅为机电器件提供了一种高性能无铅压电材料，也展示了通过调控局部化学分布提升压电响应的有效手段。
图1 二次烧结样品中局部相共存与化学组分不均的结构特征
图2 二次烧结BCZT陶瓷的压电与介电性能及与其他方法的性能对比
该研究成果以题为《Significantly Enhanced Piezoelectric Properties of BaTiO₃-based Ceramics with Unchanged Curie Temperature via Local Chemical Inhomogeneity》的论文发表在《Chemical Engineering Journal》(影响因子13.2)上。论文第一通讯单位为西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室，吴明副教授、姚睿丰博士、金程逸畅硕士为共同第一作者，高景晖教授与钟力生教授为共同通讯作者。合作作者还包括西安交通大学的许禹睿、徐靖喆博士、何利强博士、杨阳副教授和刘泳斌副教授。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894725056803
课题组主页：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/gaojinghui
