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资讯 重庆大学牟笑静教授、重庆理工大学王发扬《Science China Materials》：压电材料新进展：从多晶体结构设计到性能调控与器件应用
压电材料是实现机械能与电能相互转换的重要功能材料，在传感器、精密驱动器、能量收集及微机电系统等领域具有广泛应用。压电材料的性能与其微观晶体结构密切相关，不同晶体结构所具有的极化方式、离子位移特征及畴结构差异，使其表现出不同的压电响应和应用优势。
近日，重庆大学牟笑静教授及重庆理工大学王发扬，系统综述了钙钛矿、纤锌矿和萤石型三类典型压电材料的晶体结构、压电机制及性能特点，并针对不同结构体系总结了相应的性能优化策略。
重点讨论了元素掺杂、缺陷工程、异质结构薄膜、复合薄膜以及缓冲层调控等方法，重点阐述了其性能提升的物理机制。通过这些策略的跨结构比较，这篇综述确立了结构与性能之间的关系，为材料的选择和设计提供了基础指南。在此基础上，文章进一步总结了不同晶体结构压电材料在能量收集、传感、压电执行器及压电微机械超声换能器（pMUT）等领域的应用进展。
最后，本文通过提出具有前瞻性的研究路线图，系统梳理新兴研究方向并分析亟待解决的关键技术挑战，为下一代高性能压电材料的发展提供指导。
压电材料凭借独特的机电耦合特性，在能量收集、智能传感、精密驱动、微机电系统及生物医学等领域展现出重要应用价值。然而，不同晶体结构决定了材料截然不同的极化机制、压电响应及工艺兼容性，如何从晶体结构出发实现压电性能的精准调控，仍是高性能压电材料研究中的重要科学问题。
该综述以晶体结构—性能调控—器件应用为主线，系统梳理了钙钛矿、纤锌矿和萤石型三类典型压电材料的结构特征及压电机制，并从跨晶体结构的视角，对不同材料体系的性能优势与局限进行了系统比较。在此基础上，重点总结了元素掺杂、缺陷工程、异质结构薄膜、复合薄膜及缓冲层调控等性能优化策略，深入讨论晶格畸变、相界调控、畴壁运动、界面耦合、应变调控及电荷重构等机制对压电性能提升的作用。
文章进一步面向实际器件需求，系统总结了不同晶体结构压电材料在能量收集、传感、压电执行器以及压电微机械超声换能器等领域的研究进展，揭示了材料晶体结构、压电性能与具体应用场景之间的内在联系。
该综述突破了以往主要围绕单一材料体系或单一晶体结构展开总结的模式，通过建立不同晶体结构压电材料之间的横向比较，为高压电响应、高温稳定、柔性化、无铅化以及CMOS兼容压电材料的选择与设计提供了系统参考，并进一步展望了未来研究将通过多尺度协同设计与多机制耦合调控，推动压电材料从性能提升迈向按需功能定制。
图1. 不同晶体结构的压电材料。
图2 不同晶体结构的压电材料及其压电性能优化策略。
图3 压电材料的展望。
论文信息
Advances in piezoelectric materials with diverse crystal structures: from design to applications, Science China Materials
https://doi.org/10.1007/s40843-025-4334-9
信息来源：今日新材料
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