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材料学院吴家刚教授团队在Progress in Materials Science上发表综述论文—无铅压电块体材料应用的进展

时间:2018-07-16  来源:材料科学与工程学院   作者: 

近日,材料科学与工程学院吴家刚教授团队在国际材料科学领域顶尖综述期刊《Progress in Materials Science》(IF=23.75,5年期影响因子为33.19) 发表了题为“Recent Development in Lead-free Perovskite Piezoelectric Bulk Materials”的90页长篇综述论文,四川大学作为唯一署名单位。这是该团队在该期刊发表的第二篇文章,也是四川大学作为第一单位在该期刊上发表的第三篇文章。论文第一作者为博士研究生郑婷(我校博士研究生作为第一作者首次在该期刊发表),通讯作者为吴家刚教授。

具有钙钛矿结构的无铅压电材料以其独特的机电转换功能可广泛应用于驱动器、换能器、传感器等各种电子器件中,目前真正得到实用化的是铅基压电材料。然而,随着欧盟、中国等国家颁布的一系列禁止在电子器件中使用有毒元素铅的法律法规以来,制备具有可与铅基压电材料相媲美压电性能的无铅材料体系成为近十余年来的研究热点。鉴于此,研究者投入了大量的精力开展压电陶瓷无铅化研究,并在组分诱导的相界设计、电学性能优化、物理机理探索等方面取得了一系列重要结果,促进了无铅压电材料的研究进展和实用化进程。为了实现无铅压电材料实用化目标,本论文结合团队已有工作系统地阐述了四类钙钛矿型无铅压电块体材料(铌酸钾钠、钛酸铋钠、钛酸钡、铁酸铋)的组分改性调控相结构和畴结构的近期研究进展,归纳总结了钙钛矿型无铅压电块体材料的结构与性能(压电、应变、温度稳定性)的关联,探讨了高压电性能起源机理,特别对无铅压电材料的器件研究进行了介绍与评价。最后提出了无铅压电材料在实现最终实用化道路上仍需解决的关键科学问题,并展望了该领域未来的发展方向。

四川大学材料科学与工程学院吴家刚教授在前期研究工作中,提出了通过组分设计来构建新型“三方-四方”相界以增强铌酸钾钠基无铅陶瓷性能的新思路[J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 2905(他引248次)、Chem. Rev., 2015, 115, 2559(他引298次)];依此新思路,使其压电性能实现了突破(d33~570 pC/N),为当前国际上报道的该类非织构陶瓷最高值(Adv. Mater., 2016, 28, 8519);通过“相界-性能关联”和“纳米铁电畴”研究,诠释了KNN基陶瓷高压电性起源(J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 15459、Energy Environ. Sci., 2017, 10, 528)。相关研究成果受到欧洲无铅压电材料领军人物Rodel院士等国际著名学者积极评价。发表在Chem. Rev.、Prog. Mater. Sci.、J. Am. Chem. Soc.(2014)、Adv. Mater和Energy Environ. Sci五篇文章入选了ESI高被引论文,其中两篇为热点论文。

上述工作得到国家自然科学优秀青年基金(51722208)和重点基金(51332003)、四川大学研究生创新基金资助。

论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079642518300689

附:作者简介

本论文通讯作者吴家刚教授,2017年获得国家自然科学优秀青年基金项目的资助,目前担任材料科学与工程学院副院长。于2003年和2008获得四川大学学士学位与博士学位(师从肖定全教授、朱建国教授)。2008年-2010年在新加坡国立大学从事博士后(SMF-PDF)工作(导师John Wang教授)。2011年以特聘副教授身份进入四川大学材料科学与工程学院工作,2015年破格聘为教授。近年来围绕“相界设计”与“性能优化”对无铅压电材料开展了大量研究工作,并取得了一系列研究进展。作为第一作者或通讯作者在压电铁电陶瓷领域发表SCI收录论文130余篇,他引超过3000次,H因子36。

本论文第一作者郑婷,目前在新加坡国立大学进行联合培养。本硕博均就读于四川大学材料科学与工程学院,主要从事无铅压电材料的相界设计与性能调控研究。作为第一作者已发表SCI收录论文17篇,包括Energy Environ. Sci., ACS Appl. Mater. Interfaces (3篇), J. Mater. Chem. A/C (8篇)等。

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