【复材资讯】西安交大最新Science综述！

近日，西安交通大学电信学部电子学院、国家医学攻关产教融合创新平台李飞教授团队受邀撰写的综述论文《面向下一代电机耦合技术的铁电材料》（Ferroelectric Materials toward Next-Generation Electromechanical Technologies）在《科学》（Science）期刊发表，这是该期刊发表的首篇关于压电材料与器件的综述论文。该文系统回顾铁电压电材料的发展，揭示高压电性的物理机制（自由能曲线调控），展示稀土掺杂晶体等材料的突破性性能，并指明环保化、低成本化、计算驱动设计的未来路径，为新一代电子与医疗设备提供材料基础。李飞教授为论文第一作者和通讯作者，合作者包括电信学部电子学院、国家医学攻关产教融合创新平台高翔宇副教授、美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室王博研究员，IEEE Fellow、瑞士洛桑联邦理工学院Dragan Damjanovic教授，美国工程院院士、美国宾夕法尼亚州立大学陈龙庆教授以及IEEE Fellow、澳大利亚伍伦贡大学张树君教授。

背景

1.铁电体的核心价值

铁电体因优异的压电效应（电能↔机械能高效转换）成为现代技术的关键材料。

2.现有材料体系

已开发锆钛酸铅陶瓷、无铅陶瓷、掺钪氮化铝薄膜、聚偏氟乙烯基聚合物、弛豫铁电晶体等高性能压电材料。

3.应用场景

用于手机压电散热风扇（冷却芯片）、医用超声换能器（高分辨率成像）等设备。

4.当前挑战

新兴技术需更高性能材料（如压电风扇/电机要求更高压电系数以降低驱动电压和能耗）。

进展

高压电性实现原理

核心策略：诱导自发极化方向不稳定性，通过设计"平坦自由能曲线"连接多稳态极性态。

关键技术路径

组分工程：利用准同型相界（MPB）调控自由能曲线（受锆钛酸铅相图启发）。

结构调控：长程铁电畴有序排列、纳米尺度局域结构异质性→ 稀土掺杂弛豫铁电晶体实现迄今最高压电性。

新兴探索方向：陶瓷晶粒取向调控、电场驱动离子重分布、纳米尺度挠曲电效应。

展望

1.突破性新材料

压电系数 >2000 pC/N 的铁电陶瓷（比现有材料高4-10倍）

高压电性+高透光性的铁电晶体

2.应用潜力

下一代芯片冷却设备、自适应变焦系统、可穿戴/植入式/自供电医疗诊断设备。

3.未来研究方向

环保化：开发无铅/可生物降解铁电体

绿色制造：低温烧结、气溶胶沉积、仿生技术（降低能耗与碳排放）

低成本替代：织构化铁电陶瓷（兼具高压电性、高机械强度、低成本）

4.技术赋能

计算模拟：第一性原理计算、相场模拟加速材料设计

表征技术：原位原子级成像精准解析材料行为

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