新型多孔压电陶瓷研制取得进展

将孔隙作为可设计的微结构单元引入压电材料，可构筑多孔压电陶瓷，为压电性能调控开辟新维度。孔隙工程不仅能提高压电电压系数、优化声阻抗匹配，还可降低热导率，提高材料性能对温度波动的抵抗能力。然而，多孔压电材料的实际应用受根本性权衡关系的制约——孔隙的引入通常会造成压电活性和机械强度明显下降，现有主流造孔技术难以有效突破这一限制。

近日，中国科学院上海硅酸盐研究所提出自组装造孔工程技术，利用化学反应过程中反应物与产物之间密度差，实现孔隙的自发形成。

依托该技术诱导的晶格软化、畴尺寸细化及残余内应力协同作用，所制备的多孔铋层状结构Ca_0.94Bi_4.06Ti₄O₁₅（Bi-CBT）陶瓷，在30%孔隙率下展现出优异的综合性能。其压电系数d₃₃达到23.1pC/N，且在25℃至525 ℃的宽温范围内，d₃₃的变化率小于±15%，兼具优异的抗压强度和低热导率。

此外，自组装造孔工程技术具备跨体系的广泛普适性。基于该技术制备的多孔钙钛矿结构BaTiO₃陶瓷实现了0.32m^4/C²的超高等效电致伸缩系数。这一成果为结构—功能一体化陶瓷的规模化制备建立了通用且低成本的技术路径。

相关研究成果发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到国家自然科学基金的支持。

自组装造孔工程的示意图及实验实现