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原文出自Journal of Advanced Ceramics (先进陶瓷)期刊
Cite this article:
Zhu C, Qian J, Tang L, et al. Ultra-high energy harvester performance in KNN-based textured piezoceramics via multiscale reconfiguration design. Journal of Advanced Ceramics, 2025, https://doi.org/10.26599/JAC.2025.9221167
文章DOI：10.26599/JAC.2025.9221167
ResearchGate：Ultra-high energy harvester performance in KNN-based textured piezoceramics via multiscale reconfiguration design
1、研究背景
压电材料能够实现机械能和电能间的相互转换，可以赋予设备能量转换与收集的能力。例如，压电能量收集器（PEH）可以高效地将机械振动转化为电能，实现电能的收集，这可以支持微电子设备的自供电，涉及生物医学、航空航天等领域。铌酸钾钠（KNN）基压电陶瓷因具有较大的压电常数（d33）和较高的居里温度（TC），被视为最有可能取代铅基材料的体系之一。然而，与铅基陶瓷相比，KNN基陶瓷较低的d33和较低的压电电压系数g33制约了其在能量收集领域进一步的发展与应用。
2、成果介绍
为解决KNN基陶瓷d33和g33的协同优化瓶颈，同济大学翟继卫教授研究团队提出了多尺度结构重构的设计策略。具体地，作者通过构建相共存、电畴局部异质、以及增强晶体各向异性等，在KNN基陶瓷中获得了提升的d33。同时，利用受主离子掺杂，在提升d33的同时，维持了陶瓷较低的介电常数er，实现了高d33和低er的共存，提高了陶瓷的g33（∝ d33/er）。这最终贡献于该陶瓷高的压电品质因数FOM（∝ d33×g33）与能量转换特性。结果显示，作者在KNN基陶瓷中获得了高的d33 ~ 551 p CN-1和g33 ~ 54.2 mV m N-1。使用该样品构建的PEH展现出高的瞬时输出功率Pout ~ 4.85 mW，和高的功率密度PD ~ 70.2 μW mm-3，明显优于其它无铅体系的PEHs，并与商用铅基陶瓷相当。论文的通讯单位为同济大学材料科学与工程学院，第一作者是同济大学在读硕士生朱彩霞，通讯作者为同济大学材料学院翟继卫教授和钱进博士。该研究工作得到了国家自然科学基金和上海市自然科学基金资助。
3、图文介绍
多尺度结构重构助力KNN基陶瓷能量收集性能的设计思路图
4、作者及研究团队简介
翟继卫教授研究团队依托于同济大学材料科学与工程学院，长期致力于铁电、压电、电介质储能等电子陶瓷与薄膜材料的制备工艺、微观结构、电学性能以及器件应用相关的研究。
《先进陶瓷（英文）》（Journal of Advanced Ceramics）期刊简介
《先进陶瓷（英文）》于2012年创刊，清华大学主办，清华大学出版社出版，清华大学新型陶瓷材料全国重点实验室提供学术支持，创刊主编为中国工程院院士、清华大学李龙土教授，主编为清华大学林元华教授、郑州大学周延春教授和广东工业大学林华泰教授。该刊主要发表先进陶瓷领域的高质量原创性研究和综述类学术论文，涉及先进陶瓷的制备、结构表征、性能评价的各个细节，尤其侧重新材料研制和先进陶瓷基础科学研究等重要方面，致力于在世界先进陶瓷领域搭建学术交流平台，引领和促进先进陶瓷学科的发展。已被SCIE、Ei Compendex、Scopus、DOAJ、CSCD等数据库收录。现为月刊，2024年发文量为174篇；2025年6月发布的影响因子为16.6，连续5年位列Web of Science核心合集“材料科学，陶瓷”学科33种同类期刊第1名；2024年11月入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”英文领军期刊项目；2025年入选中国科学院文献情报中心期刊分区表材料科学1区Top期刊。2023年起，本刊结束与国际出版商的合作，改由清华大学出版社自主研发、拥有自主知识产权的科技期刊国际化数字出版平台SciOpen独家发布，标志着该刊结束多年来“借船出海”的办刊模式，回归本土独立运营，也是我国优质英文期刊中最早回归国产平台的期刊之一。
期刊主页：https://www.sciopen.com/journal/2226-4108
投稿地址：https://mc03.manuscriptcentral.com/jacer
期刊ResearchGate主页：https://www.researchgate.net/journal/Journal-of-Advanced-Ceramics-2227-8508
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