我国科研团队创制“超级压电陶瓷”

近日，甬江实验室上席研究员、西安交通大学讲座教授任晓兵领衔的联合团队，成功将廉价多晶压电陶瓷的核心性能指标压电系数（d₃₃）提升超10倍，最高达6850pC/N，创制出“超级压电陶瓷”，并开创主动压电器件新范式，让材料稳定工作在性能“珠峰”。该研究被期刊审稿人誉为“革命性发现”，有望重塑高端传感、精密驱动与智能交互等多个领域的技术格局，彰显中国在功能材料领域的硬核创新实力。

蜜蜂大小的无人机穿梭探测、手术机器人在血管中精准作业、可捕捉细胞早期病变的新一代B超、拥有真实触觉反馈的VR世界……这些曾出现在科幻作品中的场景，如今距离现实更近了一步。其关键卡点之一，便是缺乏一种能高效、灵敏实现“力”与“电”双向转换的核心材料，而任晓兵联合团队的突破，恰好破解了这一难题。

压电材料作为智能时代的“隐形基石”，是力电信号转换的核心载体，广泛支撑着各类精密智能设备的底层架构：它既是灵敏的“神经”，手机指纹识别的瞬间、医院B超探头捕捉的体内回响，都依赖它将机械或声学信号转换为电信号；它也是精密的“肌肉”，高端相机镜头自动对焦、光刻机实现纳米级移动，均由它提供精准驱动，其性能直接决定了下游设备的精度与效率。

压电系数（d₃₃）是衡量材料力电耦合转换性能的核心指标，数值越高，转换效率与灵敏度越强。然而，过去70余年，全 球压电材料领域陷入性能瓶颈：自20世纪50年代锆钛酸铅（PZT）多晶陶瓷问世以来，其压电系数长期定格在200—600pC/N区间，始终未能实现根本性突破；20世纪80年代出现的弛豫压电单晶，虽能将性能提升至2000pC/N量级，但造价堪比黄金，且稳定性差、质地脆弱，难以实现大规模工程应用，成为制约相关产业升级的“卡脖子”难题。

如今，这一僵局被彻底打破。任晓兵团队研制的“超级压电陶瓷”，以廉价多晶锆钛酸铅为基础，创新采用独特的“主动工作模式”——通过微区精准控温与偏置电场维持两大核心技术，将材料工作温度精确稳定在理论奇点附近，引导内部电偶极子有序排列，抵消热扰动带来的性能退化，最终实现了压电系数的跨越式提升。

数据显示，该“超级压电陶瓷”的d₃₃最高可达6850pC/N，不仅是传统商用PZT多晶陶瓷的10—30倍，更显著超越了全 球已知的顶级弛豫压电单晶材料。更难能可贵的是，该材料在室温至350℃的宽温范围内可稳定保持高性能输出，且成本可控、制备工艺具备规模化潜力，真正实现了“超高性能”与“工程实用”的兼顾，彻底改变了高端压电材料“高性能必昂贵”的行业困境。

此次“超级压电陶瓷”的创制，标志着我国在压电材料领域彻底打破了欧美国家的技术垄断，实现了从“跟跑、并跑”到“领跑”的历史性跨越。未来，随着该材料的规模化应用，将进一步降低下游高端制造业的生产成本，提升我国相关产品的市场竞争力，为全 球功能材料发展提供中国方案与中国智慧。