韓國原子能研究院開發出一種具有世界頂級溫度穩定性的環保無鉛壓電材料技術。壓電材料是一種在受壓時會產生電力的物質，廣泛應用于傳感器和半導體等領域。目前常用的壓電材料主要使用“鉛鋯鈦酸鹽（Pb(Zr,Ti)O3）”，但由于鉛對人體和環境有害，全球正逐步禁止使用。因此，使用無鉛的環保壓電材料（Pb-free）的研究正在積極進行中。

圖 通過堆疊具有對比溫度行為的無鉛壓電陶瓷制成的復合材料。

韓國原子能研究院的研究團隊通過開發一種層疊式復合材料，解決了現有無鉛壓電陶瓷材料在不同溫度下性能不穩定的問題。他們將兩種具有相反溫度行為的材料——鉀鈉鈮酸鹽(KNN)和鉍鐵氧體(BF)交替堆疊，優化了其溫度穩定性，使其在300℃的高溫下仍能保持優異的壓電性能。該復合材料的溫度穩定性根據復合比例不同而有所差異，研究團隊通過大量實驗確定，當KNN材料占43%時是最佳比例。這時，即使在300℃的高溫下，壓電性能的變化率也維持在最大4.7%。與現有無鉛壓電陶瓷材料在100~150℃（壓電性能變化率在10%以內）范圍內的溫度穩定性相比，提升了兩倍以上。此外，現有在300℃的高溫下使用的壓電材料大多是鉍層狀結構（Bi-layered structure），其壓電常數僅為20以下。而研究團隊使用的兩種材料為鈣鈦礦結構（perovskite structure），其壓電常數至少為150以上，在高溫下也具有優異的壓電性能。

圖 利用不同壓電陶瓷材料的疊層復合材料制造的加速度計傳感器

該研究成果已發表在《Journal of Materials Chemistry A》國際學術期刊上，并已在韓國獲得專利，正在申請美國和歐洲的專利。研究人員認為，這種新型壓電材料可以應用于核電站等高溫環境中的高靈敏度傳感器和其他環保壓電設備。

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