壓電致動器是許多高精度定位與控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，已被廣泛用于半導(dǎo)體芯片加工、超精密制造、高端科研設(shè)備、空間星際光通訊、生物醫(yī)學(xué)微納操作等關(guān)鍵戰(zhàn)略領(lǐng)域，市場價值巨大。作為壓電致動器的核心元件，壓電陶瓷可實現(xiàn)電能與機械能的相互轉(zhuǎn)換而受到廣泛關(guān)注。其中,環(huán)境友好型高性能無鉛壓電陶瓷已成為國際功能材料的重要科學(xué)前沿和技術(shù)競爭焦點之一。雖然無鉛壓電陶瓷的電致應(yīng)變研究已獲突破，但在實際應(yīng)用中仍存在滯后和非線性等關(guān)鍵問題。因此，如何進一步優(yōu)化應(yīng)變特性以滿足實際應(yīng)用是下一代高性能無鉛壓電致動器的關(guān)鍵科學(xué)挑戰(zhàn)。

圖1高可用應(yīng)變的設(shè)計策略。

基于上述研究背景，西南民族大學(xué)“介電功能材料與器件”團隊與清華大學(xué)等國內(nèi)單位合作，設(shè)計并制備了具有高可用應(yīng)變性能的多相共存KNN無鉛壓電陶瓷。利用原位變電場同步輻射和瑞利分析深入剖析了應(yīng)變起源，通過透射電鏡及壓電力顯微鏡等手段解析了鐵電疇形貌及外場下的響應(yīng)特征，建立不可逆非180^o疇與相結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)，闡明了不可逆非180^o疇對可用應(yīng)變的作用機制，提出了增強可用應(yīng)變的新方法，對改善無鉛材料的功能特性有重要的指導(dǎo)意義。相關(guān)研究成果以“Contribution of irreversible non-180° domain to performance for multiphase coexisted potassium sodium niobate ceramics”為題，發(fā)表在Nature Communications《自然·通訊》上。西南民族大學(xué)吳波副教授為第一作者，西南民族大學(xué)陶紅副研究員、清華大學(xué)王軻研究員、北京大學(xué)人民醫(yī)院王世東教授和北京大學(xué)口腔醫(yī)院韓冰教授為論文共同通訊作者。重要合作者還包括西南民族大學(xué)趙林高級實驗師、上海光源朱方圓博士，清華大學(xué)材料學(xué)院劉亦軒博士、徐澤博士等。該項研究得到國家重點專項計劃（2020YFA0711700）和國家自然科學(xué)基金青年項目（52202149）等的支持。

西南民族大學(xué)“介電功能材料與器件”團隊以高性能無鉛壓電陶瓷及器件為研究對象，重點開展材料設(shè)計、結(jié)構(gòu)解析、性能調(diào)控及器件優(yōu)化等研究。團隊成員主持或主研國家級、省部級項目多項，發(fā)明專利多項。近年來，團隊成員發(fā)表SCI收錄論文100余篇，其中包括Nature Communications、Journal of the American Chemical Society等頂級期刊以及Journal of Materials Chemistry A、Materials Horizons、Journal of the European Ceramic Society、Journal of Materials Science & Technology、ACS Applied Materials & Interfaces等國際知名期刊。