近日，我校资源环境与材料学院科研团队研发出具备超低驱动电场和巨应变系数的铌酸钾钠无铅压电材料，性能超越当前主流的铅基压电体系，在高精度微型器件应用领域展现出巨大的潜力。该成果以“Giant electrostrain coefficient under low driving electric field in sodium potassium niobate piezoelectric ceramics with symmetrical bipolar strain”为题，发表在国际期刊《自然·通讯》（Nature Communications）上。广西大学为第一完成单位，资源环境与材料学院已毕业硕士研究生曹富植（目前为西北工业大学博士研究生）和副教授岑侦勇为共同第一作者。我校教授罗能能、副教授岑侦勇，北京科技大学博士施小明，浙江清华长三角研究院博士吴超峰为论文的共同通讯作者。清华大学教授王轲、博士徐泽，北京理工大学教授黄厚兵等人为论文提供了重要支持。

压电陶瓷作为驱动与传感领域的关键功能材料，广泛服务于超声医疗、工业精密加工、海洋声学探测与能量转换等高端装备。压电材料无铅化和压电器件微型化是压电材料发展的趋势。该类器件使用场景要求材料需在低驱动电场下诱导大应变。如何设计低驱动电场、高应变的无铅压电材料，并阐明其内在机理是困扰学术界和产业界的难题。

针对该问题，该团队以铌酸钾钠无铅体系为研究对象，通过引入钽、锰等关键金属离子，在相场模拟的指导下，成功通过缺陷工程和相界工程在纳米畴中构建出原子级尺度极性微区（PNRs），显著地降低电畴响应的能量势垒，设计出在低驱动电场8.4 kV/cm下诱导超高的应变系数（~2000 pm/V)和高应变温度稳定性（~160^oC）的铌酸钾钠基无铅压电材料。该研究不仅提出了设计低驱动、高应变的铌酸钾钠无铅压电材料的新机理，也为相关材料的设计提供了新的思路。未来，该体系不仅有望运用于低电场、高应变场景需求的微型器件领域，还可设计与贱金属内电极共烧的低成本、高性能的多层无铅压电器件，在医疗等压电能量转换领域广泛应用。

近年来，该团队紧密围绕关键金属基电介质材料开展科学研究，取得了系列重要研究进展。该团队与香港理工大学、澳大利亚伍伦贡大学等单位合作，利用球差矫正透射电子显微镜首次在NaNbO₃基反铁电陶瓷中观察到了非常规反铁电特性，并结合第一性原理计算证实该特殊结构主要由八面体畸变驱动。该结构的发现将有望拓展无铅反铁电材料在功能领域的新应用，相关成果发表于Nature Communications，我校教授罗能能为共同一作和通讯作者。