西安交大无铅压电材料研究获突破 - 电工杂谈 - 电子工程

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50年来被广泛运用的传统含铅压电材料或将被无铅压电材料取代。历时两年多的深入研究，西安交通大学多学科材料研究中心主任、金属材料强度国家重点实验室首席科学家任晓兵教授提出了“基于三重临界点的准同型相界”新理论。今天，任晓兵在他的实验室里向记者展示了根据这一理论设计开发、新的无铅压电材料—— 锆钛酸钡钙。研究结果显示，锆钛酸钡钙具有令人惊异的压电性能，压电系数高达620皮库仑/牛顿，远远超过锆钛酸铅的性能(250—590皮库仑/牛顿)。

　　压电材料是一类广泛使用的重要的功能材料，它能在施加电场时产生伸缩变形，相反在施加压力时产生电压，具有电能与机械能相互转化的换能功能。这类材料的代表就是上世纪50年代发现的锆钛酸铅，它在半个世纪以来统治了绝大部分压电材料的应用。无论家用电器，还是工业产品，处处都可看到锆钛酸铅的影子。在如此广泛的产品中使用有对人体有害的含铅产品，开发一种能够替代锆钛酸铅的无铅压电材料，成为全球压电材料研究的一个热点。然而，以往研究获得的无铅压电材料在压电性能方面仅为锆钛酸铅的1/10至1/2，这一困难使得对人体和环境有害的锆钛酸铅长期以来无法被替代，并且在很大范围形成了有害元素铅是产生大压电性能的必要条件这一错觉。

　　任晓兵教授提出的新理论表明，大压电性能与铅并无必然联系，锆钛酸铅只是满足了该理论的要求的一个体系，所有满足该理论要求的体系都可以产生大的压电性。根据这一理论，科研人员设计开发了一种新的无铅压电材料——锆钛酸钡钙。这是50多年来无铅压电材料的性能首次超越压电材料的经典体系——锆钛酸铅。这项成果对无铅压电材料的研究开发具有重要意义，不仅研发出一种可以和锆钛酸铅相媲美、对环境无害的压电材料，更重要的是指出了开发大压电性能材料的新方法。专家预计，该方法可望导致今后出现更多更好的无铅压电材料，从而引发长期依赖锆钛酸铅的工业界向无铅压电材料的变革。

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