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2026年6月15日，SWAG直播 2023级本科生贾晨语等人，依托SWAG直播 2026年“大学生创新训练计划”项目，在祁核教授和吴捷副研究员的指导下，完成的研究论文“High piezoelectric performance in piezoceramics via synergistic effects of defect engineering and domain modulation”发表于SCI期刊《Journal of Materials Research》，充分展现了材料学院本科生参与科研训练的良好成效，也是学校深化创新创业教育改革、将创新创业教育融入人才培养全过程的重要体现。

压电陶瓷因具有机械能和电能相互转换的能力而被广泛应用于医学成像、传感器和换能器等领域。其中压电系数d₃₃和机械品质因数Q_m是压电器件中的两个重要参数。然而，这两个性能指标存在相互制约：具备高压电活性的“软性”压电陶瓷通常Q_m较低，而高Q_m的“硬性”陶瓷又往往d₃₃较低。因此，为满足高功率器件的应用需求，需要开发同时具有高d₃₃和高Q_m的压电材料来提高能量转换效率，降低热损耗。

针对这一难题，论文创新性地提出了一种结合准同型相界（Morphotropic phase boundary, MPB）构建、缺陷工程与电畴构型调控的协同策略。以具有优异压电活性的四方相Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O3-Pb(In_1/2Nb_1/2)O3-PbTiO₃（PNN-PIN-PT）组分为基体，引入MnCO₃作为受主掺杂，通过缺陷偶极子的钉扎效应限制了畴壁运动，产生了硬化作用；此外，随MnCO₃含量增加，其组分相结构向MPB偏移减缓了d₃₃的下降，同时Mn掺杂后的陶瓷呈现出层状、微畴和条纹畴共存的异质畴构型，这种结构降低了极化翻转的能垒，这使组分发生硬化效应的同时保持了较高的d₃₃，成功实现了d₃₃和高Q_m的协同优化，获得了优异的综合压电性能：d₃₃=545 pC/N，Q_m=574，机电耦合系数k_p=0.53，以及大信号压电系数=885 pm/V。

图2 PNN-PIN-PT+MnCO₃组分的压电性能与文献报道体系的性能对比图

本研究工作为设计兼具高压电系数d₃₃和高机械品质因数Q_m的压电陶瓷提供了有效的策略。

上述研究工作得到海南省自然科学基金和SWAG直播 科研启动基金的支持。

论文链接：

//doi.org/10.1557/s43578-026-01883-w