机械能与电能的高效双向转换能力，使压电材料成为下一代智能系统的核心，广泛应用于纳米发电机、医疗微型设备、先进机电传感器等领域，并推动压电光催化染料降解、新型能量采集等创新技术发展。压电效应本质源于材料极化与机械应力的耦合响应，而畴结构（如铁电体中的拓扑畴）正是极化的微观载体。近年来，铁电薄膜中的纳米拓扑畴（如斯格明子（skyrmions）、气泡畴（bubble domains）等）因其独特的物理性质成为研究热点。

同济大学翟继卫团队联合中科院上海硅酸盐研究所曾华荣团队、西安交通大学何利强团队，揭示了Bi_0.5Na_0.5TiO₃（BNT）基压电薄膜中拓扑气泡域的形成机制。通过实验与模拟相结合，发现晶格畸变与氧八面体扭转的强耦合会显著提升局部结构不均匀性，进而诱导气泡畴密度增加。这类气泡畴具有低角度畴壁（<5°）和高电场响应特性，可有效促进极化旋转，从而提升压电性能。该研究不仅建立了拓扑畴构效关系，更为基于畴工程的高性能纳米电子器件设计提供了新范式。

研究成果以“Formation Mechanism of Topological Bubble Domains in Bi_0.5Na_0.5TiO₃‑Based Piezoelectric Films”为题发表于《ACS NANO》。论文第一作者为同济大学博士生刘阳，研究获国家自然科学基金、国家重点研发计划支持。

离子掺杂在压电薄膜中诱导气泡畴实现压电性能增强的示意图