无铅压电材料领域重大突破--或将引发工业变革
来源：西安交大前沿科学技术研究院| 作者：admin| 发布时间：2010-02-06| 浏览：
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压电材料是一类广泛使用的重要的功能材料。它能在施加电场时产生伸缩变形，相反在施加压力时产生电压，即具有电能与机械能互相转化的换能功能。这类材料的王者就是上世纪50年代发现的锆钛酸铅，它在半个世纪以来统治了绝大部分压电材料的应用。在大量的日常生活，家用电器，工业产品中到处都可以看到锆钛酸铅的影子，如携带电话，打火机，煤气灶，电视，电脑，汽车，医用核磁共振诊断，舰船声纳等等。然而，在如此之广泛的产品中使用有对人体有害的含铅产品可能引发大范围的环境问题，因此在全球范围内许多国家已经通过立法禁止铅的使用。在此背景下，开发一种能够替代锆钛酸铅的无铅压电材料，已成为全球压电材料研究的一个热点。然而，以往的无铅压电材料在压电性能方面和锆钛酸铅相距甚远，压电性能仅为锆钛酸铅的1/10至1/2，这一困难使得对人体和环境有害的锆钛酸铅长期以来无法被替代，并且形成了有害元素铅是产生大压电性能的必要条件这一迷信。
中心主任任晓兵教授和博士生刘文凤提出了一个形成大压电效应的新理论，该理论表明：大压电性能与铅并无必要联系，锆钛酸铅只是满足了该理论的要求的一个体系，所有满足该理论要求的体系都可以产生大的压电性。基于该理论设计开发的一种新的无铅压电材料：锆钛酸钡钙，具有令人惊异的压电性能，压电系数高达620皮pC/N，这超过了锆钛酸铅的性能（250-590pC/N）。这是50多年来无铅压电材料的性能首次超越压电材料之王-锆钛酸铅。这一成果对无铅压电材料的研究开发具有重大意义，它不仅首次研发出一种可以和锆钛酸铅相媲美的对环境无害的压电材料，而且破除了长期以来关于铅是产生大压电性必要条件的迷信，更重要的是给出了如何开发大压电性能材料的简单方法。
关于这篇重要文章的具体细节请关注2009年12月的《物理学评论快报》（Physical Review Letters）。(PDF)
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