压电陶瓷因其能够实现机械能与电能之间的相互转换而成为制造机-电转换功能电子元器件的核心材料。在无铅压电陶瓷中，铌酸钾钠基((K,Na)NbO₃, KNN)压电陶瓷由于具有较高的压电性能和居里温度T_C等优点，是最有希望取代铅基压电陶瓷的无铅压电陶瓷之一。然而，KNN的压电性能和温度稳定性与铅基压电陶瓷还相差甚远，限制了其潜在应用。

近日，同济大学翟继卫教授研究团队提出了一种集成分调控和织构工程的双重策略，旨在重构KNN基陶瓷的相结构、畴结构、晶体各向异性和相变之间的复杂耦合。结果表明，在(K,Na)NbO₃基织构化陶瓷中获得了较高的压电系数(d₃₃~550±30 p CN^-1)和逆压电系数(d₃₃*~850 pm V^-1)，以及290 °C的居里温度。同时，在25-200 ° C的温度范围内，陶瓷的d33和d33*的变化率仅为3%和4%。这种在(K,Na)NbO₃基陶瓷中表现出的超稳定热压电性能与商用Pb(Zr, Ti)O₃基陶瓷相当。

具有宽服役温区的高性能KNN基织构压电陶瓷设计思路图

该研究成果以“Ultra-Stable Thermal Piezoelectricity up to 200 °C in High-Performance KNN-Based Textured Piezoceramics”为题发表于《Advanced Function Materials》上。论文的第一单位是同济大学材料科学与工程学院，第一作者为同济大学在读硕士生杨慧蓉，通讯作者为同济大学材料学院翟继卫教授、哈尔滨工业大学姜桂铖教授、同济大学材料学院钱进博士。

该研究工作得到了国家自然科学基金的资助。