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新聞網訊 透明壓電材料在透明壓電觸控傳感器、光聲成像透明換能器、透明驅動器等方面有著誘人的應用前景。但復雜的鐵電疇結構使得壓電材料的透光率一直較低，阻礙其在多功能器件領域的應用。2020年，西安交通大學通過交流極化工藝制備了兼具高透明度和高壓電性的Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃（簡稱 PMN-PT）單晶，該成果被評為2020年度中國科學十大進展，引起了廣泛的關注。國際著名期刊Nature對此成果給予了高度評價：“將光學功能耦合在了高性能壓電晶體中，為力-電-光多功能耦合器件的研制打開了一扇門，及時地滿足了當前日益增長的對多功能材料和器件的需求”。國際著名期刊Science評價該成果為：“透明高性能壓電晶體將推動透明機器人、自供電觸摸屏等器件的研制用于制作具有更高靈敏度的光聲成像系統，在乳腺癌、黑色素瘤和血液疾病的診斷方面為醫生提供幫助?！?/p>

與單晶材料相比，陶瓷材料具有制備工藝簡單和成本低的優勢，但陶瓷材料中的氣孔以及復雜的晶粒晶界結構使其更加難以透明。雖然可以通過組分調控降低壓電材料的居里溫度來減少鐵電疇的數量、降低鐵電疇的尺寸進而提高其透過率，但該方法會大大降低材料的壓電性能。所以制備同時具有高壓電性和高透過率的壓電陶瓷一直以來是一個較大的挑戰。

我校物理科學學院光電功能陶瓷團隊從事透明功能陶瓷研究十多年。近日成功研制了同時具備高壓電性（壓電系數d₃₃~1400 pC/N）和高透光率（~68% @ 900 nm）的稀土Eu摻雜PMN-PT透明壓電陶瓷。該成果具有重要的應用前景，以“Highly Transparent Eu-Doped 0.72PMN-0.28PT Ceramics with Excellent Piezoelectricity”為題發表在ACS Applied Materials & Interfaces期刊上（2021 13 (45), 54210-54216）。掃描電子顯微鏡和壓電力顯微鏡研究結果表明陶瓷中以平均尺寸僅為250 nm的水痕狀鐵電疇為主，該疇結構有利于提高陶瓷的光學透過率；相對含量較少的平行直條紋鐵電疇的翻轉對外電場更加靈敏且引起的應變更大，是提升該材料壓電性能的主要原因。

該論文第一作者為物理科學學院碩士研究生顏培坤，導師為物理科學學院秦亞琳博士（通訊作者）。物理科學學院張永成副教授和澳大利亞臥龍崗大學張樹君教授為論文的共同通訊作者。青島大學為論文第一單位和通訊作者單位。

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https://doi.org/10.1021/acsami.1c17262