2月3日消息，甬江實(shí)驗(yàn)室任曉兵團(tuán)隊(duì)近日在壓電材料領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破。

該團(tuán)隊(duì)通過(guò)原創(chuàng)的“主動(dòng)工作模式”，成功研發(fā)出一種超級(jí)壓電陶瓷，其核心性能指標(biāo)——壓電系數(shù)（d33）高達(dá)6850 pC/N，達(dá)到傳統(tǒng)商用陶瓷的10至30倍。這標(biāo)志著我國(guó)在壓電材料領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從理論引領(lǐng)到技術(shù)集成的跨越。

壓電材料是實(shí)現(xiàn)力與電信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的核心功能材料，廣泛應(yīng)用于各類(lèi)精密設(shè)備中。長(zhǎng)期以來(lái)，壓電系數(shù)這一關(guān)鍵指標(biāo)的發(fā)展停滯不前，成為制約性能提升的主要瓶頸。

早在2009年，任曉兵在國(guó)際期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上提出，在壓電材料的相圖多相交匯處存在一個(gè)“三臨界點(diǎn)”（熱力學(xué)奇點(diǎn)），此處材料對(duì)外場(chǎng)的響應(yīng)理論上趨于無(wú)窮大。

然而，該奇點(diǎn)恰好位于材料的居里溫度（Tc）附近，而Tc是傳統(tǒng)壓電材料因熱擾動(dòng)導(dǎo)致性能完全喪失的“死亡溫度”，這使該理論長(zhǎng)期面臨實(shí)踐悖論。

為攻克這一難題，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了“主動(dòng)工作模式”。他們通過(guò)在器件中集成微區(qū)熱管理單元，將材料溫度精確穩(wěn)定在理論奇點(diǎn)附近；同時(shí)施加一個(gè)微小的偏置電場(chǎng)，持續(xù)引導(dǎo)材料內(nèi)部電偶極子有序排列，從而抵消熱擾動(dòng)的影響。

基于此模式研制出的主動(dòng)壓電器件，在室溫至350℃的寬溫域內(nèi)，壓電系數(shù)穩(wěn)定保持在6000 pC/N以上，且該機(jī)制原則上可延伸至更極端溫度環(huán)境。

這項(xiàng)研究有望為下一代微型機(jī)器人、細(xì)胞級(jí)超聲成像、高保真觸覺(jué)交互等技術(shù)提供關(guān)鍵材料支撐，推動(dòng)精密傳感與驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展。