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原文出自Journal of Advanced Ceramics (先进陶瓷)期刊
Cite this article:
Zhang F, Yang Y, Li J, et al. Ultrahigh electrostrain with exceptional temperature stability in BNT-based ceramics via synergistic regulation of critical phase and domain engineering. Journal of Advanced Ceramics, 2025, https://doi.org/10.26599/JAC.2025.9221196
文章DOI：10.26599/JAC.2025.9221196
1、导读
在追求高精尖技术的今天，从燃油喷射器到太空探测器，再到微观世界里的微型机器人，它们的“心脏”——压电致动器——正面临着性能与环保的双重考验。传统含铅材料铅材料虽性能卓越，却因其环境毒性而发展受限。研发既强大又绿色的无铅压电材料，已成为压电领域的研究热点。
其中，钛酸铋钠（BNT）基陶瓷被寄予厚望，但其电致应变性能遇热即衰的“老大难”问题，严重阻碍了它在宽温区精密驱动领域的应用。如何让材料在高温下依然“活力十足”，是领域内亟待攻克的核心难题。
本文提出一种等价离子取代的“相界—畴态”协同调控策略。通过在B位以Hf⁴⁺取代Ti⁴⁺，在BNBT-xHf陶瓷中构筑了临界菱方–四方相界处的铁电–弛豫（FE–RFE）共存结构，同时实现了铁电宏畴与弛豫纳米畴的协同分布。该多尺度结构设计成功实现了高电致应变与热稳定性的协同提升，使材料在宽温域下仍保持优异性能。该研究为高精度驱动器提供了新型高性能无铅压电材料，也为功能陶瓷性能的精准微结构调控提供了新的思路。
2、文章亮点
(1) 通过低失配度的等价离子取代维持BNT–6BT体系形貌相界（MPB）的结构完整性，同时利用Hf⁴⁺的“T相稳定效应”平衡R/T相共存（R:T ≈ 1:1），构建平坦化的自由能势垒以降低极化翻转能垒。
(2) Hf⁴⁺引入的B位无序显著降低了TF–R温度，促进室温下电场诱导的可逆弛豫–铁电（ER–FE）相变机制，使BNBT–3H陶瓷实现0.6%的超高双极电致应变。
(3) 在热–电协同驱动下，铁电宏畴与弛豫纳米畴的动态平衡机制有效提升了宽温域稳定性，使材料在25–150 °C范围内电致应变波动仅为16.7%。
3、作者及研究团队简介
李建厅（通讯作者），齐鲁工业大学（山东省科学院）硕士生导师。主要从事高性能压电、电卡材料及其机理研究。
饶伟锋（通讯作者），齐鲁工业大学（山东省科学院）二级教授、硕士生导师。主要研究智能材料、特种合金等的组织结构优化及其对材料的力热磁电等性能的影响。
张峰（第一作者），齐鲁工业大学（山东省科学院）机械工程学部硕士生。研究方向无铅压电陶瓷的结构设计与性能优化。
杨耀东（第一作者），齐鲁工业大学（山东省科学院）教授、硕士生导师。主要研究智能材料与智能系统，聚焦铁电材料结构性能关系，人工智能辅助3D打印及压电催化等领域。
《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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