摘要：2025年2月18日，英国伦敦玛丽女王大学苏磊、晏海学、郝阳、Isaac Abrahams在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Phase transformation in lead titanate based relaxor
逆压电效应可将电输入信号转换为机械位移，是定位器和致动器工作的基础。
2025年2月18日，英国伦敦玛丽女王大学苏磊、晏海学、郝阳、Isaac Abrahams在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Phase transformation in lead titanate based relaxor ferroelectrics with ultra-high strain》的研究论文，Hangfeng Zhang为论文第一作者，苏磊、晏海学、郝阳、Isaac Abrahams为论文共同通讯作者。
苏磊，英国伦敦玛丽女王大学教授。在西安交通大学获得学士及硕士学位（2002）；2006年博士毕业于新加坡南洋理工大学。2006-2011年在剑桥大学担任博士后研究员（Postdoctoral Research Associate），导师：Stephen Elliott教授；2011-2012年在伦敦帝国理工大学圣玛丽医院担任博士后研究员，导师：Dan Elson教授和George Hanna教授。2012-2015年在利物浦大学任讲师、博士生导师。现任职于英国伦敦玛丽女王大学。
苏磊教授的研究主要集中在传感器和仪器仪表、光学设备和光电材料，应用领域包括医疗保健、能源和安全。
晏海学，任职于英国伦敦玛丽女王大学，英国皇家化学学会会士。在中国科学院上海硅酸盐研究所获得博士学位，2001年加入英国伦敦玛丽女王大学。
晏海学的主要研究方向为介电、压电与铁电材料的制备及能源领域的应用、纳米与织构对于材料微观结构和性能的影响等。在国际学术期刊Nature Communications、Advanced Materials、Nano Energy、Acta Materialia、Journal of the European Ceramic Society、Journal of the American Ceramic Society、Applied Physical Letters等上发表SCI收录论文200余篇。
郝阳，英国伦敦玛丽女王大学教授，英国皇家工程院院士。1989年本科毕业于山东大学，1998年在英国布里斯托尔大学获博士学位，1998-2000年在英国伯明翰大学从事博士后研究，2000年加入英国伦敦玛丽女王大学，2007年晋升为教授。
郝阳教授的研究涉及多个领域，包括计算电磁学、电磁带隙结构和微波左手媒质、天线与电波传播、有源天线在毫米/亚毫米波中的应用以及光子综合天线。
为了满足对低成本高效敏感材料的实际需求，作者引入了掺铒的铅镁铌钛酸盐陶瓷，这些陶瓷在极低的施加场（2 kV mm-1）下表现出异常高的应变（双极为3.19%，单极为0.8%），从而产生了破纪录的压电系数（d33*值分别为15,950和4014 pm V-1）。
这些优异的性能源于多种因素的综合作用，包括这种弛豫铁电系统中极化纳米区域对外加电场的敏感性、样品的厚度以及具有不同极性结构的晶体的能量供应，其中极化方向在电场诱导相变处会发生变化。
这些研究结果超越了单晶材料的性能，为压电性能树立了一个基准，并对许多不同的应用都产生影响。
图1：Er0.025Pb0.9625(Mg0.33Nb0.67)1-xTixO3体系的结构与压电性能
图2：电场诱导应变性能
图3：Er0.025Pb0.9625(Mg0.33Nb0.67)0.7Ti0.3O3的高分辨中子衍射研究
图4：x=0.30样品的PFM图像
综上，论文研究了掺铒的铅镁铌钛酸盐（Er-PMNPT）陶瓷的压电性能，特别是其在低电场下表现出的超高应变特性。研究通过调控成分和样品厚度，实现了在2 kV/mm的低电场下达到3.19%的双极应变和0.8%的单极应变，创造了压电陶瓷应变性能的新纪录。
该研究成功开发了一种高性能的压电陶瓷材料，其应变性能超越了传统的单晶材料，同时具备成本低、制备简单等优势。这种材料的高应变特性和低电场驱动能力使其在高精度驱动器、超声传感器和能量收集器等领域具有广阔的应用前景，为高性能压电材料的开发提供了新的方向，有望推动相关技术的进一步发展。
Zhang, H., Li, Z., Wang, Y.et al. Phase transformation in lead titanate based relaxor ferroelectrics with ultra-high strain. Nat Commun16, 1720 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-56920-9
来源：华算科技
