近日，齐鲁工业大学（山东省科学院）机械工程学部李建厅、饶伟锋教授团队在压电陶瓷驱动材料领域取得两项重要研究成果，分别攻克了无铅BNT基陶瓷、铅基反铁电陶瓷中大电致应变与宽温域稳定性难以兼顾的技术瓶颈，相关成果相继发表在《Journal of Advanced Ceramics》（封面文章，IF=14.0）、《Journal of Materials Science & Technology》（IF=16.8）国际知名期刊上。齐鲁工业大学（山东省科学院）均为第一通讯单位。机械工程学部研究生张峰、唐沂蒙分别为作为论文第一作者。李建厅老师和饶伟锋教授为论文共同通讯作者。
精密驱动器是精密医疗、光学调制、微机电系统的核心元器件，电致应变大小与温度稳定性是评价驱动器陶瓷材料的两项核心指标。长期以来，不管是环境友好的无铅钛酸铋钠（BNT）基陶瓷，还是铅基反铁电陶瓷，普遍存在“大电致应变”和“宽温度稳定性”相互制衡的矛盾，严重限制了陶瓷驱动器在变温复杂工况下的实际应用。
（1）针对无铅BNT基陶瓷，团队提出临界相界—畴工程协同调控策略，采用B位Hf4+等价掺杂构建了菱方（51%）和四方（49%）两相共存的准同型相界，同时形成铁电宏畴与弛豫纳米畴共存的特殊畴结构。准同型相界相界带来扁平化的自由能势垒，降低极化翻转势垒，依靠电场诱导可逆弛豫-铁电相变实现0.6%超高双极电致应变；热-电耦合场下多相纳米畴结构形成动态平衡，在25-150 ℃宽温域实现仅16.7% 的极低应变波动，循环10000次后性能衰减仅8.3%，综合性能优于绝大多数已报道无铅压电陶瓷体系，为环境友好型宽温精密驱动器提供新材料方案。
图1：BNTB-xHf压电陶瓷的设计思路与电致应变性能
（2）针对铅基反铁电陶瓷体系，团队提出反铁电相界调控的双路径设计策略。通过B位组分调控PNZST反铁电陶瓷的容忍因子与相稳定性，将正交相反铁电相引入工作温区，同时把弥散型相变置于器件工作温度区间内。低温下依靠电场诱导正交反铁电—铁电相变实现大的晶格体积变化从而产生巨电致应变；高温依靠四方反铁电-铁电相变维持应变输出；中间温区弥散相变实现两种电场诱导相变路径平滑过渡。该设计下，PNZST-99ZS陶瓷实现0.98% 的巨电致应变，PNZST-97ZS陶瓷在25—155 ℃温度范围内电致应变波动仅9.21%，解决了反铁电驱动器材料巨应变与宽温域稳定性无法兼得的难题。
图2：PNZST 反铁电陶瓷电致应变-温度性能及其双相变路径设计策略
论文信息1：
Ultrahigh electrostrain with exceptional temperature stability in BNT-based ceramics via synergistic regulation of critical phase and domain engineering，Journal of Advanced Ceramics，DOI:10.26599/JAC.2025.9221196
论文信息2：
Simultaneous giant electrostrain and wide-temperature stability in PNZST ceramics via antiferroelectric phase boundary regulation，Journal of Materials Science & Technology，DOI:10.1016/j.jmst.2026.08.059
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