共同第一作者：Fei Li, Dabin Lin, Zibin Chen, Zhenxiang Cheng 

　　共同通讯作者：Fei Li, Long-Qing Chen, Shujun Zhang 

　　第一单位：宾夕法尼亚州立大学 

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　　压电材料是一种智能材料，能够实现机械信号与电信号的转换，以及产生电驱动的声波发射和功率输出，在电子、自控、机械、航空航天等领域有广泛的应用前景。 

　　近日，美国宾夕法尼亚州立大学、西安交通大学、澳大利亚悉尼大学等机构通力合作，在高性能压电陶瓷的设计合成方面取得新进展。相关研究成果以“Ultrahigh piezoelectricity in ferroelectric ceramics by design”为题发表在2018年4月份出版的《自然·材料》期刊上（Nat. Mater., 2018, 17, 4, 349–354, DOI: 10.1038/s41563-018-0034-4）。 

　　基于唯象理论和相场模拟，该联合研究团队提出了一种新的设计策略（图1），即：通过引入局部异质结构来操纵界面能并改变铁电材料的平均自由能曲面，从而进一步提升材料压电性能。研究团队成功合成出了稀土元素钐（Sm）掺杂的Pb(Mg,Nb)O₃-PbiTiO₃（Sm-PMN-PT）压电陶瓷，获得高达1500 pC/N的压电系数（图2），介电常数超过13000，居里温度为89 ℃。通过低温介电性能、同步辐射X-射线衍射和高分辨球差电镜实验（图3），研究团队进一步验证了Sm掺杂PMN-PT陶瓷高压电效应与局域结构的关系。这一研究工作为高性能压电材料设计提供了一种新的思路和范例，可能用于诸多功能材料的设计合成中。 

　　图1. 引入局部异质结构来提升性能的设计思路和相场模拟结果 

图2. 稀土元素Sm掺杂提升PMN-PT陶瓷压电系数的实验结果 

图3. 高分辨球差电镜验证了Sm-PMN-PT陶瓷在纳米尺度上结构的不均匀性