鐵電陶瓷是具有豐富電學特性的功能材料，利用其電致應變特性可制成微驅動器，具有位移精度高、響應速度快、功耗低等優點，被廣泛應用于半導體光刻、激光通訊和生物醫藥等領域。然而，多數鐵電陶瓷的電致應變值的大小僅在0.1%數量級波動，為了提升其電致應變，常采用化學組分設計或晶粒取向工程等優化樣品的機電響應性能。近年來雖陸續有報道宣稱在無鉛鐵電陶瓷中觀察到巨大的應變輸出（>1%），但是其電致應變曲線卻大多呈現明顯的不對稱性。因此，深入研究鐵電陶瓷的電致應變行為及其與微觀結構的關聯，對于大電致應變陶瓷材料的研發具有重要意義。
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近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所易志國研究員團隊經，在鐵電陶瓷電致應變研究方面取得新進展，繼發現鎢酸鉍鐵電陶瓷中存在由不對稱疇翻轉引起的彎曲形變效應(Materials Today?58, 48, 2022)后，團隊通過厚度工程設計揭示了鐵電陶瓷電致彎曲形變的普適性，并在鈦酸鉍鈉固溶體陶瓷中獲得接近11.49%的超大表觀電致應變，進而利用電致彎曲效應成功設計出壓電偏轉鏡和變形鏡等多種器件，最大偏轉角可達44.38°，居國際報道最高值。
鑒于學界對鐵電陶瓷電致應變曲線的解釋多建立在樣品沿電場方向發生拉伸或壓縮形變的假設基礎上，該工作所揭示的由上下表面不對稱疇翻轉誘導的彎曲形變效應不僅為闡明不對稱應變曲線的物理起源提供了新的認知，而且為優化鐵電陶瓷的機電響應性能提供了新思路。
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鐵電陶瓷電學特性的厚度依賴效應
鐵電陶瓷彎曲變形的內在機理源于樣品上下表面不對稱疇翻轉
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壓電變形鏡設計和表征
鐵電陶瓷電致彎曲形變的普適性
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相關研究成果以"Ultra-large electromechanical deformation in lead-free piezoceramics at reduced thickness"為題發表在Materials Horizons?(2024, DOI: 10.1039/D3MH01657A)。論文第一作者為上海硅酸鹽所博士后何祥，通訊作者為易志國研究員。相關工作得到了國家自然科學基金、中國博士后科學基金、上海市科委和中國科學院前沿科學重點項目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1039/D3MH01657A
文章來源：上海硅酸鹽研究所，https://www.sic.cas.cn/xwzx/kydt/202312/t20231225_6927167.html
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