韓國原子能研究院開發(fā)出一種具有世界頂級溫度穩(wěn)定性的環(huán)保無鉛壓電材料技術(shù)。壓電材料是一種在受壓時會產(chǎn)生電力的物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于傳感器和半導體等領(lǐng)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(huán)境有害，全球正逐步禁止使用。因此，使用無鉛的環(huán)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(fā)一種層疊式復合材料，解決了現(xiàn)有無鉛壓電陶瓷材料在不同溫度下性能不穩(wěn)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(yōu)化了其溫度穩(wěn)定性，使其在300℃的高溫下仍能保持優(yōu)異的壓電性能。該復合材料的溫度穩(wěn)定性根據(jù)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(xiàn)有無鉛壓電陶瓷材料在100~150℃（壓電性能變化率在10%以內(nèi)）范圍內(nèi)的溫度穩(wěn)定性相比，提升了兩倍以上。此外，現(xiàn)有在300℃的高溫下使用的壓電材料大多是鉍層狀結(jié)構(gòu)（Bi-layered structure），其壓電常數(shù)僅為20以下。而研究團隊使用的兩種材料為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)（perovskite structure），其壓電常數(shù)至少為150以上，在高溫下也具有優(yōu)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(fā)表在《Journal of Materials Chemistry A》國際學術(shù)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(yīng)用于核電站等高溫環(huán)境中的高靈敏度傳感器和其他環(huán)保壓電設(shè)備。

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