圖A：Sm-PMN-PT晶體照片 圖B：晶體壓電系數(shù)和介電常數(shù) 圖C：晶體電致應(yīng)變測(cè)試曲線 西安交通大學(xué)供圖

　　自1997年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，弛豫鐵電單晶被認(rèn)為是壓電材料取得的革命性突破，它大幅度提升了壓電材料的性能和醫(yī)療超聲的成像分辨率。然而，隨著人們對(duì)醫(yī)療超聲系統(tǒng)精度需求的不斷提升，如何進(jìn)一步提高弛豫鐵電單晶的壓電和介電性能，成為近20多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外科學(xué)家廣泛關(guān)注的重要科學(xué)問(wèn)題。

　　西安交通大學(xué)教授李飛、徐卓與美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)、澳大利亞伍倫貢大學(xué)、美國(guó)北卡州立大學(xué)等單位合作，在弛豫鐵電單晶材料高性能化研究方面取得重大突破，相關(guān)成果4月19日發(fā)表于《科學(xué)》。

　　據(jù)介紹，研究人員設(shè)計(jì)并生長(zhǎng)了釤摻雜的鈮鎂酸鉛—鈦酸鉛壓電單晶，成功將“增強(qiáng)的局域結(jié)構(gòu)無(wú)序性”“準(zhǔn)同型相界”和“工程疇結(jié)構(gòu)”三種高壓電效應(yīng)的起因有機(jī)結(jié)合，大幅度提高了弛豫鐵電單晶的壓電和介電性能，壓電系數(shù)最高達(dá)4000皮庫(kù)侖每牛頓以上，介電常數(shù)達(dá)12000以上，較之非摻釤的同組分的鈮鎂酸鉛—鈦酸鉛壓電單晶的性能提高約1倍。同時(shí)，利用釤元素在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的分凝特點(diǎn)，研究人員優(yōu)化了單晶棒性能的均勻性，為高頻醫(yī)療超聲探頭和高精度與大位移壓電驅(qū)動(dòng)器奠定了新壓電單晶材料基礎(chǔ)。

　　此外，基于第一性原理計(jì)算，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，釤摻雜的鈮鎂酸鉛—鈦酸鉛晶體相變溫度下降很可能是由于釤摻入而隨之產(chǎn)生的鉛空位所致。而這一發(fā)現(xiàn)將為今后進(jìn)一步優(yōu)化弛豫鐵電單晶的綜合性能提供理論參考。