压电材料是一种可以将电能和机械能进行相互转化的材料。其广泛应用于传感器，致动器，换能器，能量收集装置等。为量化表征压电材料在电能与机械能之间的转化率，研究人员提出了机电耦合系数k，并规定了k²=输出的机械能/输入的电能，或k²=输出的电能=输入的机械能。具有高k值的压电材料可实现高的能量转化效率和大的带宽。

近日，宾州州立大学帕克分校的Shashank Priya等人通过相场仿真和实验验证的方法，研究了纹理陶瓷中晶体取向和晶界对机电耦合系数k的影响。

本文要点：

1）该工作选用纹理PMN-PZT陶瓷作为研究对象，通过相场模拟和实验验证的方法，验证了纹理陶瓷可以实现与单晶材料相同的机电耦合系数k。其中，纹理PMN-PZT陶瓷的k值可高达0.93。

2）该工作还通过组合设计的方法，该表纹理陶瓷众多晶体取向和晶界，进一步提升了k值。此外，该工作还对k值的起源做了探究，发现通过d-p杂交在B阳离子和氧之间强共价键对k的贡献最大。

Yongke Yan ，et al，Near-ideal electromechanical coupling in textured piezoelectric ceramics，Nature Communications，2022

DOI：10.1038/s41467-022-31165-y

https://doi.org/10.1038/s41467-022-31165-y