近日，甬江實(shí)驗(yàn)室上席研究員、西安交通大學(xué)講座教授任曉兵領(lǐng)銜的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，成功將廉價(jià)多晶壓電陶瓷的核心性能指標(biāo)壓電系數(shù)（d??）提升超10倍，最高達(dá)6850pC/N，創(chuàng)制出“超級(jí)壓電陶瓷”，并開(kāi)創(chuàng)主動(dòng)壓電器件新范式，讓材料穩(wěn)定工作在性能“珠峰”。該研究被期刊審稿人譽(yù)為“革命性發(fā)現(xiàn)”，有望重塑高端傳感、精密驅(qū)動(dòng)與智能交互等多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)格局，彰顯中國(guó)在功能材料領(lǐng)域的硬核創(chuàng)新實(shí)力。

蜜蜂大小的無(wú)人機(jī)穿梭探測(cè)、手術(shù)機(jī)器人在血管中精準(zhǔn)作業(yè)、可捕捉細(xì)胞早期病變的新一代B超、擁有真實(shí)觸覺(jué)反饋的VR世界……這些曾出現(xiàn)在科幻作品中的場(chǎng)景，如今距離現(xiàn)實(shí)更近了一步。其關(guān)鍵卡點(diǎn)之一，便是缺乏一種能高效、靈敏實(shí)現(xiàn)“力”與“電”雙向轉(zhuǎn)換的核心材料，而任曉兵聯(lián)合團(tuán)隊(duì)的突破，恰好破解了這一難題。

壓電材料作為智能時(shí)代的“隱形基石”，是力電信號(hào)轉(zhuǎn)換的核心載體，廣泛支撐著各類(lèi)精密智能設(shè)備的底層架構(gòu)：它既是靈敏的“神經(jīng)”，手機(jī)指紋識(shí)別的瞬間、醫(yī)院B超探頭捕捉的體內(nèi)回響，都依賴它將機(jī)械或聲學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；它也是精密的“肌肉”，高端相機(jī)鏡頭自動(dòng)對(duì)焦、光刻機(jī)實(shí)現(xiàn)納米級(jí)移動(dòng)，均由它提供精準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)，其性能直接決定了下游設(shè)備的精度與效率。

壓電系數(shù)（d??）是衡量材料力電耦合轉(zhuǎn)換性能的核心指標(biāo)，數(shù)值越高，轉(zhuǎn)換效率與靈敏度越強(qiáng)。然而，過(guò)去70余年，全 球壓電材料領(lǐng)域陷入性能瓶頸：自20世紀(jì)50年代鋯鈦酸鉛（PZT）多晶陶瓷問(wèn)世以來(lái)，其壓電系數(shù)長(zhǎng)期定格在200—600pC/N區(qū)間，始終未能實(shí)現(xiàn)根本性突破；20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的弛豫壓電單晶，雖能將性能提升至2000pC/N量級(jí)，但造價(jià)堪比黃金，且穩(wěn)定性差、質(zhì)地脆弱，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工程應(yīng)用，成為制約相關(guān)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的“卡脖子”難題。

如今，這一僵局被徹底打破。任曉兵團(tuán)隊(duì)研制的“超級(jí)壓電陶瓷”，以廉價(jià)多晶鋯鈦酸鉛為基礎(chǔ)，創(chuàng)新采用獨(dú)特的“主動(dòng)工作模式”——通過(guò)微區(qū)精準(zhǔn)控溫與偏置電場(chǎng)維持兩大核心技術(shù)，將材料工作溫度精確穩(wěn)定在理論奇點(diǎn)附近，引導(dǎo)內(nèi)部電偶極子有序排列，抵消熱擾動(dòng)帶來(lái)的性能退化，最終實(shí)現(xiàn)了壓電系數(shù)的跨越式提升。

數(shù)據(jù)顯示，該“超級(jí)壓電陶瓷”的d??最高可達(dá)6850pC/N，不僅是傳統(tǒng)商用PZT多晶陶瓷的10—30倍，更顯著超越了全 球已知的頂級(jí)弛豫壓電單晶材料。更難能可貴的是，該材料在室溫至350℃的寬溫范圍內(nèi)可穩(wěn)定保持高性能輸出，且成本可控、制備工藝具備規(guī)?；瘽摿?，真正實(shí)現(xiàn)了“超高性能”與“工程實(shí)用”的兼顧，徹底改變了高端壓電材料“高性能必昂貴”的行業(yè)困境。

此次“超級(jí)壓電陶瓷”的創(chuàng)制，標(biāo)志著我國(guó)在壓電材料領(lǐng)域徹底打破了歐美國(guó)家的技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)了從“跟跑、并跑”到“領(lǐng)跑”的歷史性跨越。未來(lái)，隨著該材料的規(guī)模化應(yīng)用，將進(jìn)一步降低下游高端制造業(yè)的生產(chǎn)成本，提升我國(guó)相關(guān)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，為全 球功能材料發(fā)展提供中國(guó)方案與中國(guó)智慧。