开发更高效的能量转换材料是许多尖端应用研究中长期追求的目标，如医疗诊断和微机电系统。得益于独特的压电效应，压电陶瓷被广泛用于上述领域的超声换能器和压电能量收集器中。近年来，基于居里温度和压电性能等因素的综合考虑下，KNN基压电陶瓷已成为无铅材料中最受广泛研究的铅基压电替代材料。
我院翟继卫教授研究团队为了弥补单纯采用NPB相界策略在KNN基陶瓷的压电性能改善过程中所带来的难以实现饱和极化问题，利用织构化工艺和中熵诱导NPB相界策略的协同优化，基于模板晶体生长法（TGG）以及两步烧结法制备了T-xBHT织构压电陶瓷，深入探究了多尺度重构对xBHT压电陶瓷性能的影响规律。所开发的中熵T-xBHT织构陶瓷具有优异的综合压电性能（d33 ~ 680 ± 35 pC/N, kp ~ 72.5%, Tc ~ 260 ℃），从而表现出优异的压电能量收集和超声换能特性，在无铅和铅基压电陶瓷中都具有很强的竞争力。综合结构分析表明，电场诱导多尺度极化配置的不可逆高效翻转促进了高饱和的极化。该项工作不仅展示了高性能KNN基压电陶瓷设计的新思路，并为压电性能和潜在的多尺度结构建立了密切联系。
以上研究成果以《Multiscale reconfiguration induced highly saturated poling in lead-free piezoceramics for giant energy conversion》为题发表在《Nature Communications》上。通讯作者为同济大学材料学院翟继卫教授、北京科技大学数理学院施小明博士和西安交通大学材料学院武海军教授。该工作还得到了哈尔滨工业大学、山东大学、福州大学等单位的支持。文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-46894-5。
