近日，中国科学院上海硅酸盐研究所压电陶瓷材料与器件课题组彭巍，梁瑞虹等在多种B位离子调控铅基高性能压电陶瓷研究方面取得突破。PZT压电陶瓷的B位空间大，固溶度高，因此加入合适的B位离子可以有效的形成固溶体改善陶瓷的压电性能。前期，选用合适的PNN-PT陶瓷组分，加入一定量的Pb(Lu, Nb)O₃, 通过Lu³⁺/Ti⁴⁺调控体系局域异质结构，获得高压电系数较高居里温度PNN-PLN-PT压电陶瓷：d₃₃ = 625 pC/N , T_c= 202℃,该体系可在较高弛豫特性下，保持优异的温度稳定性。相关成果发表在Ceram. Int., 52, 1, 330–338（上海硅酸盐研究所博士生邢子翱为第一作者，彭巍副研究员和梁瑞虹研究员为通讯作者）。

进一步在PNN-PT中引入多种+3价离子（Lu³⁺, Sc³⁺, Yb³⁺），研究相同离子价态时，不同离子半径、铁电性等特性对体系压电性能的影响。等摩尔条件下，体系构型熵最大，结构无序程度提升，压电系数由930提高到1012 pC/N。然而，进一步适当提高小半径Sc³⁺比例时，d₃₃进一步提升至 1046 pC/N。同时介电常数和极化强度同步优化，而居里温度基本保持稳定，体现出性能协同提升优势，PFM结果显示，随着多离子引入及组分优化，材料由有序条纹畴逐步转变为纳米尺度无序畴结构。该结构显著降低畴翻转能垒，提高畴壁运动能力，是压电性能提升的关键因素。相关成果以“Enhanced piezoelectric performance of lead-based ceramics via multi-B site ion design and local structural disorder”为题，发表于Journal of Materials Chemistry A期刊上。（上海硅酸盐研究所副研究员彭巍为第一作者，梁瑞虹研究员为通讯作者）。

图1. PNN-PMeN-PT陶瓷(a)对应d₃₃与T_c值；(b) 对应四方相晶胞结构、BO8畸变程度及其对应的局域极性位移矢量取向情况。从左至右陶瓷组成为：PNN-PIN-PT、PNN-P(Sc_1/6In_1/6Lu_1/6)N-PT、PNN-P(Sc_1/6+0.01In_1/6Lu_1/6−0.01)N-PT

本研究提出了一种多B位离子设计与局域结构调控协同的压电材料设计新策略，突破了传统高熵“等比例最优”的认知，通过精细调控不同尺寸离子比例，实现了超高压电性能（d₃₃ = 1046 pC/N）。研究从宏观性能到微观结构系统揭示了性能增强机制，强调构型熵与压电功能单元协同作用的重要性，也为高熵压电材料设计策略提供科学依据。

该研究获得了国家自然科学基金和国家重点研发计划等基金的支持。