西安交大研究成果在《科學(xué)》發(fā)表

用于醫(yī)療超聲換能器的壓電材料性能有了大幅提升

弛豫鐵電單晶1997年發(fā)現(xiàn)以來被認為是壓電陶瓷問世半個多世紀以來壓電材料取得的革命性突破大幅度提升了壓電材料的性能和醫(yī)療超聲的成像分辨率然而隨著人們對醫(yī)療超聲系統(tǒng)精度需求的不斷提升如何進一步提高弛豫鐵電單晶的壓電和介電性能成為這20多年來國內(nèi)外科學(xué)家廣泛關(guān)注的重要科學(xué)問題近日西安交大李飛教授和徐卓教授及其合作者在弛豫鐵電單晶材料高性能化研究方面取得了重大突破其研究成果于2019年4月19日在國際權(quán)威期刊《科學(xué)》上發(fā)表

西安交大研究團隊與美國賓夕法尼亞州立大學(xué)澳大利亞伍倫貢大學(xué)美國北卡州立大學(xué)等單位合作設(shè)計并生長了釤摻雜的鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛壓電單晶成功將增強的局域結(jié)構(gòu)無序性準同型相界和工程疇結(jié)構(gòu)三種高壓電效應(yīng)的起因有機結(jié)合大幅度提高了弛豫鐵電單晶的壓電和介電性能壓電系數(shù)最高達4000皮庫倫每牛頓以上介電常數(shù)達12000以上較之非摻釤的同組分的鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛壓電單晶的性能提高約一倍同時利用釤元素在晶體生長過程中的分凝特點優(yōu)化了單晶棒性能的均勻性（如圖所示）為高頻醫(yī)療超聲探頭和高精度與大位移壓電驅(qū)動器奠定了新的壓電單晶材料基礎(chǔ)基于第一性原理計算研究團隊還發(fā)現(xiàn)釤摻雜的鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛晶體相變溫度下降很可能是由于釤摻入而隨之產(chǎn)生的鉛空位所致這一發(fā)現(xiàn)將為今后進一步優(yōu)化弛豫鐵電單晶的綜合性能提供理論參考

51, 51, 51; text-indent: 2em;">西安交大為該文章第一作者單位李飛教授為該文章第一作者和通訊作者北卡州立大學(xué)馬修卡布拉（Matthew J. Cabral）博士為文章共同第一作者澳大利亞伍倫貢大學(xué)張樹君教授為文章的共同通訊作者論文作者還包括西安交大徐卓教授美國賓夕法尼亞州立大學(xué)陳龍慶教授托馬斯施羅特（Tom Shrout）教授以及美國阿肯色大學(xué)許彬博士等