科学网—齐鲁工业大学李建厅/饶伟锋/张峰/杨耀东等：“相界-畴态”协同策略助力高电致应变与高热稳定性-清华大学出版社学术期刊的博文
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2025-11-12 10:33
| 个人分类: JAC | 系统分类: 论文交流
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
ResearchGate ： Ultrahigh electrostrain with exceptional temperature stability in BNT-based ceramics via synergistic regulation of critical phase and domain engineering
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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主题：铁电宏畴与弛豫纳米畴