3月29日，记者从海南大学获悉，该校材料科学与工程学院祁核团队提出将高熵策略引入高温压电陶瓷设计领域，并制备出了新型高熵高温压电陶瓷材料。相关研究成果近日发表在国际学术期刊《先进材料》上。
铌酸铋钙作为居里温度最高的铋层状结构化合物，被认为是最有潜力的高温压电材料之一。但是，由于其具有极低的压电性能和高温下较低的电阻率，限制了铌酸铋钙在电子元器件领域的发展。
针对上述问题，祁核团队通过在铌酸铋钙基体中引入Na⁺、Ti⁴⁺、Ta⁵⁺等异质原子，利用高熵策略设计出铋层高温压电陶瓷，成功实现压电性能、绝缘性能和温度稳定性等电学性能的协同提升。研究表明，高熵处理并未显著改变铌酸铋钙的长程平均正交结构，为保持高居里温度提供了结构基础。令人鼓舞的是，高熵效应致使部分铋氧层被挤出，从而在铌酸铋钙基陶瓷中形成了无定形层，这些二维缺陷周围的钙钛矿层中引发了额外的独特平面外极化；同时，在局部尺度上由于极化反转能垒的降低，进一步增强了极化柔韧性，实现了高压电性能的突破。
研究人员介绍，该材料居里温度在保持900℃以上的同时，压电系数d33提升至30 pC/N以上，同时伴随良好的温度稳定性，以及在750℃时具有创纪录的高性能指标（d33*TC）和1.0×10⁶Ω・cm的高直流电阻率，其综合电学性优于传统的铋层状结构高温压电陶瓷材料。
据悉，团队近年利用熵调控策略对铁电材料进行了一系列设计，分别获得了具有优异电学性能的高熵压电陶瓷、高熵电致伸缩材料、高熵反铁电体和高熵储能电介质等新材料。
