科学网—同济大学翟继卫教授课题组：多尺度结构重构助力KNN基陶瓷能量收集性能-清华大学出版社学术期刊的博文
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2025-9-23 15:49
| 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:
Zhu C, Qian J, Tang L, et al. Ultra-high energy harvester performance in KNN-based textured piezoceramics via multiscale reconfiguration design. Journal of Advanced Ceramics , 2025, https://doi.org/10.26599/JAC.2025.9221167
文章 DOI ： 10.26599/JAC.2025.9221167
ResearchGate ： Ultra-high energy harvester performance in KNN-based textured piezoceramics via multiscale reconfiguration design
1 、研究背景
压电材料能够实现机械能和电能间的相互转换，可以赋予设备能量转换与收集的能力。例如，压电能量收集器（ PEH ）可以高效地将机械振动转化为电能，实现电能的收集，这可以支持微电子设备的自供电，涉及生物医学、航空航天等领域。铌酸钾钠（ KNN ）基压电陶瓷因具有较大的压电常数（ d 33 ）和较高的居里温度（ T C ），被视为最有可能取代铅基材料的体系之一。然而，与铅基陶瓷相比， KNN 基陶瓷较低的 d 33 和较低的压电电压系数 g 33 制约了其在能量收集领域进一步的发展与应用。
2 、成果介绍
为解决 KNN 基陶瓷 d 33 和 g 33 的协同优化瓶颈，同济大学翟继卫教授研究团队提出了多尺度结构重构的设计策略。具体地，作者通过构建相共存、电畴局部异质、以及增强晶体各向异性等，在 KNN 基陶瓷中获得了提升的 d 33 。同时，利用受主离子掺杂，在提升 d 33 的同时，维持了陶瓷较低的介电常数 e r ，实现了高 d 33 和低 e r 的共存，提高了陶瓷的 g33 （ ∝ d 33 / e r ）。这最终贡献于该陶瓷高的压电品质因数 FOM （ ∝ d 33 × g 33 ）与能量转换特性。结果显示，作者在 KNN 基陶瓷中获得了高的 d33 ~ 551 p CN -1 和 g33 ~ 54.2 mV m N -1 。使用该样品构建的 PEH 展现出高的瞬时输出功率 Pout ~ 4.85 mW ，和高的功率密度 PD ~ 70.2 μW mm -3 ，明显优于其它无铅体系的 PEHs ，并与商用铅基陶瓷相当。论文的通讯单位为同济大学材料科学与工程学院，第一作者是同济大学在读硕士生朱彩霞，通讯作者为同济大学材料学院翟继卫教授和钱进博士。该研究工作得到了国家自然科学基金和上海市自然科学基金资助。
3 、图文介绍
多尺度结构重构助力 KNN 基陶瓷能量收集性能的设计思路图
4 、作者及研究团队简介
翟继卫教授研究团队 依托于同济大学材料科学与工程学院，长期致力于铁电、压电、电介质储能等电子陶瓷与薄膜材料的制备工艺、微观结构、电学性能以及器件应用相关的研究。
《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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