新型压电材料是日本科学技术振兴机构与物质材料研究机构的联合研究小组共同开发出一种基于新原理的压电材料。这种压电材料通过增加电场，使物质的晶体结构发生伸缩。这种利用全新原理开发出的压电材料的电致伸缩效应为历来同样材料的40倍。这一成果刊载在12日英国《自然》杂志网络版材料网页上。

简介

迄今为止，压电材料使用钛氧锆铅（PZT），而此次开发的材料不含铅成分，可实现高性能，对环境无害的传感器及换能器制造。这种钛氧钡系列的压电材料，是日本物质材料研究机构的研究人员任晓兵开发出的。压电材料具有增加电压产生伸缩、增加压力产生电压的特性，广泛应用于电能与机械能互相转换的换能器制造，是蜂鸣器、喷墨印刷机等不可缺少的材料。

压电材料利用正离子与负离子的中心移动这一性质，增加电场，使离子轻微移动。但在原理上，最大只能移动0.01%距离。此次研究小组利用新原理开发的压电材料正离子与负离子中心移动时产生的偶极矩电极化的区域，在增加电场之后沿电压方向一齐发生变化，实现了可逆性的巨大电致伸缩效应。在理论上可实现最大5%的移动。

该材料应用于超声成像（特别是医用超声成像）、声纳、微驱动器等器件可使其性能有重大提高。

该成果近日将在物理学界权威学术刊物《物理学评论快报》（Physical Review Letters）上发表, 西安交大多学科材料研究中心、电力设备电气绝缘国家重点实验室博士研究生刘文凤为该文第一作者。

迄今为止，这是无铅压电材料首次在压电性能上超越锆钛酸铅陶瓷。与此同时，任晓兵小组提出了有效提高压电性能的理论，这对开发高性能无铅压电材料指明了重要方向并提供了一套有效方法。该项研究成果不仅是无铅压电材料领域的突破，而且可能由此引发长期依赖有害的锆钛酸铅的工业界向无铅压电材料的变革。

任晓兵教授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。基于该理论该研究小组设计开发了一种新的无铅压电材料：锆钛酸钡钙。他们的研究结果显示：该无铅压电材料具有令人惊异的压电性能，压电系数高达620皮库仑/牛顿，这超过了锆钛酸铅的性能（250-590皮库仑/牛顿）。这是50多年来无铅压电材料的性能首次超越压电材料的经典体系—锆钛酸铅。这项成果对无铅压电材料的研究开发具有重要意义，它不仅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，更重要的是指出了开发大压电性能材料的新方法。该方法可望导致今后出现更多更好的无铅压电材料，从而引发长期使用有害的锆钛酸铅的工业界向无铅压电材料的变革。

该项研究得到了国家自然科学基金与“973计划”项目以及国家外专局/教育部首批学科创新引智（111）计划项目的支持。