广以学者助力无铅压电陶瓷迎来“硬核进化”

4月23日，从广东以色列理工学院（以下简称“广以”）获悉，该校材料科学与工程系的谭启教授（共同通讯作者）与四川大学合作，在国际顶级期刊《自然-通讯》上发表了题为“Excellent Hardening Effect in Lead-Free Piezoceramics by Embedding Local Cu-doped Defect Dipoles in Phase Boundary Engineering”的高水平论文，为无铅压电陶瓷的“硬核进化”提供了新思路，有望推动其在高功率应用中的发展。

据了解，压电陶瓷是一种能将机械能和电能相互转换的“神奇”特殊陶瓷材料，广泛应用于工业和科技领域，比如声波传感器、声波发生器、电子点火器、压力传感器等都需要使用该材料。目前，传统含铅压电陶瓷（如PZT）因性能优异且大规模工业化生产，在市场中占据主导地位。

但由于传统压电陶瓷存在“含铅对环境有害”这个“硬伤”，如何开发无铅压电陶瓷、解开“既要无毒又要高性能”的症结，成为科学研究领域的重要趋势和攻坚课题。那么，该如何做呢？

据谭启教授团队方面介绍，基于钾钠铌酸盐（KNN）的无铅压电陶瓷因其具有较高的压电系数（d₃₃）、电致应变和温度稳定性而备受关注。不过，要使KNN能够实现大规模工业化生产的高功率应用，压电陶瓷需要同时具备高d₃₃和高机械品质因数（Qₘ），这两个指标就像“鱼与熊掌”，很难兼得，这种矛盾严重限制了无铅压电陶瓷的大规模生产的可行性。

为解决上述难题，谭启教授团队提出了一种创新策略：在KNN基陶瓷的正交-四方相界工程（O-T PBE）中嵌入局部铜受主缺陷偶极子。简单来说，就是通过“微调”材料内部结构，巧用“缺陷偶极子”，为无铅压电陶瓷中d₃₃和Qₘ的平衡提供了新的范式，有望推动其在高功率应用中的发展，推动无铅压电陶瓷在更多领域的实际应用。

据了解，《自然-通讯》是国际顶尖学术期刊《自然》旗下的子刊，也是材料化学等领域公认的高水平期刊，以严格的同行评审和学术影响力著称。该期刊在JCR分区中常年位列Q1，2024年影响因子为14.7。

作为广以材料科学与工程系的教授和副系主任，谭启在材料科学领域有着丰富的科研和产业经验。他曾在全球知名企业和研究机构工作，包括美国通用电气公司和霍尼韦尔国际公司，专注于高性能材料的开发，在陶瓷、聚合物、储能和电子器件领域拥有60项专利及商业秘密。2018年8月由以色列理工学院招聘到广东以色列理工学院任教，已发表、联合发表超过120篇期刊文章、2本大学教材、3本书籍章节及50份企业内部报告。他同时还是MRS、ACERS、SPIE、iMAPS and IEEE等学术机构的成员及多家期刊的评审人。（郑雪云 通讯员蔡思岚）

责任编辑：陈赞亮