近年来，借鉴含铅PZT基陶瓷中MPB相界处高压电响应的特点，研究人员在KNN基陶瓷中成功构建了多晶型相界（PPB），显著改善了KNN基压电陶瓷的压电系数。然而基于PPB相界策略所开发的高压电系数KNN基陶瓷通常表现出d₃₃温度的不稳定性。在实际应用中，不仅要求压电材料具备高的d₃₃，通常在-20至140℃的温度范围内也要呈现出良好的温度稳定性。因此，如何协同优化压电系数及其温度稳定性是KNN基陶瓷实现更进一步应用的关键问题。

近日，PG电子游戏爆分视频爆大奖大学材料科学与工程学院翟继卫教授研究团队在KNN基压电陶瓷中创新性地构建了一种具有MPB特征的扩散型PPB相界，用于协同优化压电系数及其温度稳定性。研究成果以“Ultrahigh thermal stability and piezoelectricity of lead-free KNN-based texture piezoceramics”为题发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。

该研究结合织构技术，将（Bi_0.5K_0.5）HfO₃引入到0.97（Na_0.56K_0.44）NbO₃-0.03Bi_0.5Na_0.5ZrO₃基质中，成功构建了PPB相界。其中Bi³⁺和Hf⁴⁺有助于扩散型O-T相界的初步形成，而织构技术进一步改善了相界的温度稳定特性。另一方面，织构技术诱导的<00l>_C晶体取向和O-T相界的构建可以促进电偶极子的有效翻转，保证了较高的压电响应。所开发的KNN基织构陶瓷不仅具有高的压电系数（d₃₃ ～550±30 pC/N），还呈现出超高的温度稳定性（在25-150℃的温度范围内变化率小于1.2%，在25-250℃内变化率小于10%）。

该论文第一单位是PG电子游戏爆分视频爆大奖大学材料科学与工程学院，学院硕士生徐礼辉为论文第一作者，沈波副教授和翟继卫教授为论文通讯作者。该研究工作还得到了多个单位的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-53437-5

除此之外，翟继卫教授研究团队还选择了具有高居里温度的KNN-BNN作为基础体系，并同样利用第三组分（Bi_0.5K_0.5）HfO₃（BKH）进行化学改性，相关研究成果以“Broad Temperature Plateau for High Piezoelectric Coefficient by Embedding PNRs in Singe-Phase KNN-Based Ceramics”为题发表于《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）。

所制备的KNN基陶瓷不仅具有高度的织构取向和高的居里温度，而且成功地扩散并降低了T_O-T相变温度，最终在室温单四方相KNN基织构陶瓷基质中观察到极性纳米微区（PNRs）的嵌入。这种新型的多尺度结构使得KNN基陶瓷不仅保持了高居里温度（～365℃）和高压电性能（d₃₃ ～331 pC/N，d₃₃*～561 pm/V），同时还获得了优异的温度稳定性，如在25℃到100℃的温度范围内，其d₃₃仅变化2.0%（～10.0%到200℃），在25℃到175℃的温度范围内，其d₃₃*仅变化4.2%（～9.8%到200℃）。

论文第一单位是PG电子游戏爆分视频爆大奖大学材料科学与工程学院，学院硕士生华银、博士生钱进为论文共同第一作者，翟继卫教授为论文通讯作者。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202414348