【博科園-科學科普（關注“博科園”看更多）】根據賓州州立大學，中國和澳大利亞的一個國際研究小組的研究結果，爲鐵電材料中的超高壓致發展提供了一種新材料，其壓電響應是現有商業鐵電陶瓷的兩倍。壓電是醫學超聲，聲納，主動振動控制以及許多傳感器和執行器的核心。壓電材料具有在施加電壓時機械變形或當施加機械力時產生電荷的能力。研究人員在Nature Materials本週報道稱，將少量精心挑選的稀土材料釤添加到被稱爲鈮酸鉛 - 鈦酸鉛（PMN-PT）的高性能壓電陶瓷中可顯着提高其壓電性能。該團隊認爲這種逐個設計的策略對設計其他應用的材料也很有用。

具有納米級結構不均勻性（4-8nm）的遠程鐵電疇由高分辨率TEM證實。圖片版權：費利/佩恩州

這不是開發新材料的典型方式，該團隊的共同作者，陳龍清，Donald W. Hamer教授，材料科學與工程教授，數學教授，工程科學與力學教授。大多數現有的有用材料都是通過試錯實驗發現的，但我們在這裏設計併合成了一種由理論和模擬指導的新型壓電陶瓷。該團隊首先分析了添加各種化學摻雜劑對現有鐵電陶瓷局部結構的影響。然後能夠通過比較測得的介電損耗與從相場模擬獲得的特徵來減少有效摻雜劑的庫。在篩選摻雜劑後，着重於優化工藝和成分以實現超高壓電。這項工作是基於對30年前開發的鐵電晶體中超高壓的起源的理解，新認識表明，局域結構異質性在鐵電體中的壓電性中起着重要作用，其也可以擴展到其他功能。

局部結構不均一性是指在摻雜少量化學物質（在此情況下在PMN-PT陶瓷中摻雜釤）形成的主體材料內的納米級尺寸結構畸變，作爲修改材料的熱力學能量景觀的方式，其在轉動會增加介電性能 - 材料響應靜電場的能力 - 以及壓電效應。該研究的主要作者，賓夕法尼亞州立大學副研究員李飛說：這種材料是用於傳感器的一個很好的選擇，例如用於醫療超聲波的傳感器，已經有南加州大學的一個小組使用我們的材料製造的器件。這種稱爲針式換能器的裝置使用Penn State材料的亞毫米壓電元件，裝配到標準針或導管中，以執行微創手術，在體內成像或在體內引導精確手術，該設備比同尺寸的現有設備具有更好的性能。賓夕法尼亞州已就該材料提交了臨時專利。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

參考：Nature Materials

內容：經“博科園”判定符合今主流科學

來自：賓夕法尼亞州立大學

編譯：光量子

審校：博科園

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