《科学》再发文！西安交大科研重要突破 织构陶瓷性能媲美单晶！近日，西安交通大学电信学部电子学院和金属材料强度全国重点实验室李飞教授团队与合作者通过机器学习辅助设计，开发出压电性能媲美单晶的织构陶瓷。相关研究成果发表在《科学》期刊上，题为《突破织构压电陶瓷的性能瓶颈》。
压电材料能够将电能和机械能相互转换，广泛应用于医疗超声成像、水声声呐、精密驱动以及集成电路芯片散热等领域。随着实际应用对器件分辨率、探测穿透深度、测量精度与功耗指标要求不断提高，压电材料的综合性能亟待提升。织构压电陶瓷结合了单晶的高性能与传统陶瓷低成本、高机械韧性及可异形共形制备的优点，是推动压电材料性能提升的重要研究方向。然而，织构陶瓷的压电性能与同组分单晶相比仍有差距，主要因为其微观结构特征如存在低压电性的晶界、非织构晶粒及晶界对畴尺寸的限制。
为解决这一难题，研究团队改进了拓扑化学合成法，研制出富含强扩散离子Zr的一系列新型微晶模板。这些模板在固相烧结过程中比传统的BaTiO3模板更稳定。同时线上配资十大平台，建立了高质量的弛豫铁电陶瓷性能数据集，并通过机器学习方法预测弛豫铁电陶瓷的压电性能和居里温度。借助该模型，团队充分利用织构陶瓷成分可调性高的优势，通过稀土元素掺杂引入适量的极性纳米微区，首次研制出了压电性能可与单晶相媲美的Sm-Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Sc1/2Nb1/2)O3-PbTiO3织构压电陶瓷。这种陶瓷的压电系数d33达到1720 pC/N，机电耦合系数k33为0.93，在机械强度和矫顽场方面也表现出显著优势。利用这种高性能织构压电陶瓷制成的矢量加速度计，灵敏度远高于压电单晶和传统锆钛酸铅（PZT）陶瓷加速度计，且具有与传统陶瓷器件相似的稳定性和疲劳特性。这表明新型织构压电陶瓷有望在医疗超声探头、高灵敏度传感器及芯片散热用压电风扇等器件中带来性能提升的新机遇。《科学》再发文！西安交大科研重要突破 织构陶瓷性能媲美单晶！
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