铁电陶瓷是具有丰富电学特性的功能材料，利用其电致应变特性可制成微驱动器，具有位移精度高、响应速度快、功耗低等优点，被广泛应用于半导体光刻、激光通讯和生物医药等领域。然而，多数铁电陶瓷的电致应变值的大小仅在0.1%数量级波动，为了提升其电致应变，常采用化学组分设计或晶粒取向工程等优化样品的机电响应性能。近年来虽陆续有报道宣称在无铅铁电陶瓷中观察到巨大的应变输出（>1%），但是其电致应变曲线却大多呈现明显的不对称性。因此，深入研究铁电陶瓷的电致应变行为及其与微观结构的关联，对于大电致应变陶瓷材料的研发具有重要意义。
近日，中国科学院上海硅酸盐研究所易志国研究员团队经，在铁电陶瓷电致应变研究方面取得新进展，继发现钨酸铋铁电陶瓷中存在由不对称畴翻转引起的弯曲形变效应(Materials Today 58, 48, 2022)后，团队通过厚度工程设计揭示了铁电陶瓷电致弯曲形变的普适性，并在钛酸铋钠固溶体陶瓷中获得接近11.49%的超大表观电致应变，进而利用电致弯曲效应成功设计出压电偏转镜和变形镜等多种器件，最大偏转角可达44.38°，居国际报道最高值。
鉴于学界对铁电陶瓷电致应变曲线的解释多建立在样品沿电场方向发生拉伸或压缩形变的假设基础上，该工作所揭示的由上下表面不对称畴翻转诱导的弯曲形变效应不仅为阐明不对称应变曲线的物理起源提供了新的认知，而且为优化铁电陶瓷的机电响应性能提供了新思路。
铁电陶瓷电学特性的厚度依赖效应
铁电陶瓷弯曲变形的内在机理源于样品上下表面不对称畴翻转
压电变形镜设计和表征
铁电陶瓷电致弯曲形变的普适性
相关研究成果以"Ultra-large electromechanical deformation in lead-free piezoceramics at reduced thickness"为题发表在Materials Horizons (2024, DOI: 10.1039/D3MH01657A)。论文第一作者为上海硅酸盐所博士后何祥，通讯作者为易志国研究员。相关工作得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金、上海市科委和中国科学院前沿科学重点项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1039/D3MH01657A
文章来源：上海硅酸盐研究所，https://www.sic.cas.cn/xwzx/kydt/202312/t20231225_6927167.html
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