压电体对电刺激表现出机械应变，反之亦然。压电材料用作致动器时，需要具有高水平的电场诱导应变和最小的迟滞。在过去的20年里，人们对无铅压电材料进行了广泛的研究，以取代Pb(Zr,Ti)O₃，而成分工程已经被证明是调整其功能性能的有效方法。掺杂的（K,Na）NbO₃（KNN）组合物具有复杂的成分调谐，可以表现出更强的机电性能。但是，应考虑在掺杂剂的增强性能和无毒性之间取得平衡。有鉴于此，清华大学王轲研究员、宾夕法尼亚州立大学Fei Li和北京大学Bing Han等人建议使用微结构工程来提高性能。

本文要点：

1）基于相场模拟，提出利用极性-非极性界面产生的去极化能量，增加畴壁运动对电场诱导应变的贡献。通过两步烧结工艺将异质铁电-顺电微结构引入KNN陶瓷。

2）用高分辨透射电子显微镜表征了它们的存在。通过原位高能X射线衍射验证了增强的可逆畴壁运动。在25 °C和150 °C时，电场诱导应变分别增强了62%和200%。

3）考虑到无铅压电材料也代表了医学技术的一类新兴生物材料，因此通过体外细胞生存力测定法检查了所研究组合物的无毒性和生物相容性。研究结果表明，微结构工程是一种很有前途的替代方法，可以在保持生物相容性的同时提高无铅压电材料的电场诱导应变。

Mao-Hua Zhang et al. Enhanced electric-field-induced strains in (K,Na)NbO₃ piezoelectrics from heterogeneous structures. Mater. Today 2021.

DOI: 10.1016/j.mattod.2021.02.002.

https://doi.org/10.1016/j.mattod.2021.02.002