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青岛大学张永成教授团队《ACS AMI》：声-光-电多功能耦合透明压电陶瓷

时间：2023-03-17 来源：浏览：

青岛大学张永成教授团队《ACS AMI》：声-光-电多功能耦合透明压电陶瓷

原创化学与材料科学化学与材料科学

化学与材料科学

微信号 Chem-MSE

功能介绍聚集海内外化学化工、材料科学与工程、生物医学工程领域最新科学前沿动态，与相关机构共同合作，发布实用科研成果，结合政策、资本、商业模式、市场和需求、价值评估等诸要素，构建其科技产业化协同创新平台，服务国家管理机构、科研工作者、企业决策层。

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光声成像是生物医学领域中新兴的无损检测技术，它兼具光学的高灵敏性和超声的高分辨率、高穿透性，在癌症早期筛查、血液疾病诊断等方面优势突出。透明压电材料可以在光声共轴的条件下实现声 - 光 - 电信号的转换，进而提升成像的分辨率的和诊断的准确性，是光声成像系统的关键核心。然而，压电性、透明性和居里温度之间的相互制约关系使得制备同时具有高居里点、高透明度、高压电性能的材料非常困难，这限制了光声成像技术的发展。

近日，青岛大学物理科学学院张永成团队制备出了高居里温度的 Sm 掺杂 PIN-PMN-PT 透明压电陶瓷。其居里温度 179 ℃ 、压电系数 905 pC/N 、电光系数 814 pm/V 、近红外波段透光率 63% ，综合性能优异。与 PMN-PT 基透明陶瓷（居里温度约 100 ℃）相比， PIN-PMN-PT 透明陶瓷在压电性能的温度稳定性方面表现优异。基于该透明陶瓷，该团队还实现了机械能与电能的转换以及电光信息调制，证明了其在换能器和光通信领域的应用前景。相关成果以 " Sm-doped PIN-PMN-PT transparent ceramics with high Curie temperature, good piezoelectricity, and excellent electro-optical properties " 为题发表在著名期刊 ACS Applied Materials & Interfaces 上。

图 1. 透明压电陶瓷及力（声） - 光 - 电多场耦合效应。

透明压电陶瓷可以将压电效应、电光效应、声光效应等耦合在一起，为光声成像系统、透明压电致动器、透明机器人、透明扬声器等提供关键材料。

图 2. PIN-PMN-PT 透明压电陶瓷及透光率曲线。

图 3. PIN-PMN-PT 透明压电陶瓷的铁电、压电、介电性能

图 4. 基于 PIN-PMN-PT 透明压电陶瓷的电光调制和能量转换

该团队前期已制备出高性能 PMN-PT 透明电光陶瓷 (Advanced Optical Materials, 9, 2002139 (2021)) 和高性能 PMN-PT 透明压电陶瓷（ ACS Appl. Mater. Interfaces, 13, 54210-54216(2021) ），并在激光通信、超声医疗、能量转换等应用方面取得了初步成果。上述材料可为激光通信、医疗、海洋等领域关键材料和器件的国产化替代提供支持。

作者简介

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张永成 ，青岛大学特聘教授、博士生导师。中国电子材料与元器件产学研协同创新平台理事、山东省硅酸盐学会理事、青岛市物理学会理事。主要从事铁电、压电、电光功能陶瓷材料研究。主持国家自然科学基金、山东省自然科学基金、教育部产学合作协同育人项目、青岛市科技局项目等 10 余项。以第一作者 / 通讯作者在 Journal of the American Chemical Society 、 Energy Storage Materials 、 Advanced Optical Materials 、 ACS Applied. Materials Interfaces 等期刊发表 SCI 论文 40 余篇，授权国家发明专利 4 项。指导学生获国家级省级竞赛奖励 20 余项。指导的本科生被保送至清华大学、北京大学等高校攻读硕士学位；指导的硕士生被南方科技大学、南京理工大学等高校录取攻读博士学位；部分学生去芯恩微电子，歌尔股份、北航青岛研究院等单位工作。获青岛大学 “ 十佳班主任 ” 、优秀研究生指导教师、优秀共产党员等称号。