編輯丨王多魚

排版丨水成文

鐵電材料因其出色的性能而廣受認(rèn)可，尤其是壓電性，這種特性能夠?qū)崿F(xiàn)電能與機(jī)械能之間的高效轉(zhuǎn)換。這種能力使鐵電材料處于眾多現(xiàn)代技術(shù)的前沿。在過去的 100 年里，人們開發(fā)出了種類繁多的具有出色壓電性能的鐵電材料，包括鋯鈦酸鉛陶瓷、無(wú)鉛陶瓷、摻鈧氮化鋁薄膜、基于聚偏二氟乙烯的鐵電聚合物以及弛豫鐵電晶體。

這些創(chuàng)新擴(kuò)大了前沿鐵電應(yīng)用的范圍，并為器件設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性。它們還顯著地使眾多壓電裝置受益。例如，它們?cè)谑謾C(jī)中的功能眾多，包括用于冷卻集成電路芯片并保持設(shè)備性能的壓電冷卻風(fēng)扇。超聲換能器是另一個(gè)例子，它促進(jìn)了諸如醫(yī)學(xué)成像等關(guān)鍵領(lǐng)域的進(jìn)步，在這些領(lǐng)域中，高分辨率的超聲波至關(guān)重要。然而，對(duì)于性能更優(yōu)的鐵電材料仍存在迫切需求，以應(yīng)對(duì)新興技術(shù)帶來(lái)的挑戰(zhàn)。例如，為了便于壓電風(fēng)扇和壓電電機(jī)的應(yīng)用，需要具有更高壓電系數(shù)的壓電陶瓷來(lái)降低驅(qū)動(dòng)電壓和能耗。

2025 年 7 月 3 日，西安交通大學(xué)李飛教授作為第一作者兼通訊作者，在Science期刊發(fā)表了題為： Ferroelectric materials toward next-generation electromechanical technologies 的綜述論文。

許多小型機(jī)電設(shè)備，比如手機(jī)中的揚(yáng)聲器、風(fēng)扇和相機(jī)馬達(dá)，以及諸如醫(yī)療超聲成像儀等大型設(shè)備，都依賴于鐵電材料，這種材料在施加電場(chǎng)時(shí)會(huì)發(fā)生形變（即所謂的壓電性）。該綜述回顧了這些材料的發(fā)展歷程，探討了改進(jìn)的方向，并展望了鐵電材料在下一代機(jī)電技術(shù)中的應(yīng)用。

鐵電材料已被廣泛應(yīng)用于各種機(jī)電設(shè)備中，從超聲換能器和致動(dòng)器到機(jī)械能收集器。這些設(shè)備的關(guān)鍵性能指標(biāo)，例如超聲換能器的靈敏度、效率和帶寬，在很大程度上取決于鐵電材料的壓電特性。

這篇綜述論文強(qiáng)調(diào)了近期在提升鐵電材料壓電性能方面的研究進(jìn)展，并提出了進(jìn)一步增強(qiáng)其壓電性能的潛在策略，以滿足對(duì)高性能壓電器件和系統(tǒng)不斷增長(zhǎng)的需求。

該綜述為鐵電材料的未來(lái)發(fā)展提供了見解，以滿足新興應(yīng)用不斷增長(zhǎng)的需求，包括光聲成像以及集成電路驅(qū)動(dòng)的電子設(shè)備中的壓電風(fēng)扇和電機(jī)。此外，該綜述還強(qiáng)調(diào)需要考慮鐵電材料在其整個(gè)生命周期中的環(huán)境影響，包括從原材料獲取、制造到使用和處置的各個(gè)階段。

目前在 3C（計(jì)算機(jī)、通信和消費(fèi)電子產(chǎn)品）領(lǐng)域中使用的和新興的壓電裝置。以智能手機(jī)為例，作為典型的消費(fèi)電子產(chǎn)品，來(lái)說(shuō)明壓電應(yīng)用的多樣性。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn4926