突破性的纳米多孔材料表现出巨大的压电响应

最近，一种超应变纳米多孔材料，钛酸钡钙锆组合物（Ba0.85Ca0.15）（Ti0.9Zr0.1）O3（BCZT）被制备出来，它表现出非凡的压电响应（d33≈7500 pm V-1）。该值表示比传统压电材料如锆钛酸铅（PZT）大一个数量级

这项研究发表在《化学科学》杂志上，标志着首次使用BCZT研究纳米级压电性能的应变依赖性

简单的合成过程加上其卓越的压电性能，使纳米多孔BCZT成为未来开发环保电介质电容器和高密度能量收集发电机的极具前景的候选者

压电材料以其响应机械应力产生电荷或在电场下变形的独特能力而闻名，广泛用于传感器、换能器、海底声纳和小型医疗诊断设备。半个多世纪以来，传统的压电材料一直在商业上占主导地位，这种材料具有剧毒和铅基

熊本大学高级科学技术学院助理教授Yukana Terasawa是这项研究的主要作者，他说：“我们的目标是发明无铅压电材料，其性能与传统压电材料相当，甚至优于传统压电。这不仅是我们的目标，也是全世界研究人员的共同目标。”

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。这种特性显著地促成了其高压电性。压电电荷常数（dij），特别是BCZT的d33值，达到了令人印象深刻的7500 pm V-1。

与传统的铅基PZT相比，这是一个显著的增强，后者的d33数值约为650 pC V-1。这突出了BCZT作为PZT的优越替代品的潜力，并使其成为过去50年中最成功的铁电材料

除了其显著的压电性能外，这种材料还拥有一种简单的合成方法。合成无铅钛酸钡（BaTiO3，BTO）的传统方法涉及复杂的再混合、再分解或多步骤制备过程

相反，BCZT可以使用软模板法合成，这是一种基于溶胶凝胶的技术，使用二嵌段共聚物作为孔引导剂。这种创新的方法大大简化了合成过程，使其更容易获得和高效

这一突破性进展不仅为用更环保的替代品取代传统的压电材料铺平了道路，而且为开发和应用铁电器件在能源收集中开辟了新的可能性

凭借高效的能源收集，这些创新设备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