最近，一种超应变纳米多孔材料——钡钙锆钛酸盐组合物 (Ba 0.85 Ca 0.15 )(Ti 0.9 Zr 0.1 )O 3 (BCZT) 被创造出来，它展示了非凡的压电响应 ( d 33 ≈7500 pm V -1 )。这个值比传统的压电材料如锆钛酸铅 (PZT) 要高一个数量级。这项研究标志着首次使用 BCZT 在纳米级研究压电性能的应变依赖性。简单的合成工艺加上其卓越的压电性能使纳米多孔 BCZT 成为未来开发环保型介电电容器和高密度能量收集发电机的极有希望的候选材料。
压电材料以其独特的能力而闻名，能够在机械应力下产生电荷或在电场下变形，广泛应用于传感器、换能器、海底声纳和小型医疗诊断设备。半个多世纪以来，传统的、毒性极强且含铅的压电材料一直占据着商业主导地位。“我们的目标是发明无铅压电材料，其性能可与传统材料相媲美，甚至优于传统材料。这不仅是我们的目标，也是全球研究人员的共同目标。”熊本大学先进科学技术学院助理教授、本研究的主要作者 Yukana Terasawa 说道。
这种新型纳米多孔材料最显著的特征之一是其超薄结构，厚度小于 30nm。这一特性极大地提高了其高压电性。BCZT 的压电电荷常数 ( d ij )，特别是d 33值，达到了惊人的 7500 pm V -1。与传统的铅基 PZT 相比，这是一个显着的提升，后者的d 33值约为 650 pC V -1。这凸显了 BCZT 作为 PZT 的优质替代品的潜力，并将其定位为过去 50 年中最成功的铁电材料。
除了卓越的压电性能外，这种材料还拥有简单的合成方法。合成无铅钛酸钡 (BaTiO 3，BTO) 的传统方法涉及复杂的再混合、再煅烧或多步骤制备工艺。相比之下，BCZT 可以使用软模板法合成，这是一种基于溶胶-凝胶的技术，采用二嵌段共聚物作为孔导向剂。这种创新方法大大简化了合成过程，使其更易于获取和高效。
这项突破性进展不仅为用更环保的替代品取代传统压电材料铺平了道路，还为开发和应用铁电设备进行能量收集开辟了新的可能性。这些创新设备具有很高的能量收集效率，有望在未来成为煤炭和碳氢化合物等传统能源的竞争对手。
除了熊本大学的 Yukana Terasawa 博士外，昆士兰大学、名古屋大学、早稻田大学、坦塔大学和国家材料科学研究所 (NIMS) 的研究人员也参与了这项研究。
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