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光声成像是生物医学领域中新兴的无损检测技术，它兼具光学的高灵敏性和超声的高分辨率、高穿透性，在癌症早期筛查、血液疾病诊断等方面优势突出。透明压电材料可以在光声共轴的条件下实现声-光-电信号的转换，进而提升成像的分辨率的和诊断的准确性，是光声成像系统的关键核心。然而，压电性、透明性和居里温度之间的相互制约关系使得制备同时具有高居里点、高透明度、高压电性能的材料非常困难，这限制了光声成像技术的发展。
近日，青岛大学物理科学学院张永成团队制备出了高居里温度的Sm掺杂PIN-PMN-PT透明压电陶瓷。其居里温度179℃、压电系数905 pC/N、电光系数814 pm/V、近红外波段透光率63%，综合性能优异。与PMN-PT基透明陶瓷（居里温度约100℃）相比，PIN-PMN-PT透明陶瓷在压电性能的温度稳定性方面表现优异。基于该透明陶瓷，该团队还实现了机械能与电能的转换以及电光信息调制，证明了其在换能器和光通信领域的应用前景。相关成果以"Sm-doped PIN-PMN-PT transparent ceramics with high Curie temperature, good piezoelectricity,
and excellent electro-optical properties"为题发表在著名期刊ACS Applied Materials & Interfaces上。
图1.透明压电陶瓷及力（声）-光-电多场耦合效应。
透明压电陶瓷可以将压电效应、电光效应、声光效应等耦合在一起，为光声成像系统、透明压电致动器、透明机器人、透明扬声器等提供关键材料。
图2. PIN-PMN-PT透明压电陶瓷及透光率曲线。
图3. PIN-PMN-PT透明压电陶瓷的铁电、压电、介电性能
图4. 基于PIN-PMN-PT透明压电陶瓷的电光调制和能量转换
该团队前期已制备出高性能PMN-PT透明电光陶瓷(Advanced Optical Materials, 9, 2002139 (2021))和高性能PMN-PT透明压电陶瓷（ACS Appl. Mater. Interfaces, 13, 54210-54216(2021)），并在激光通信、超声医疗、能量转换等应用方面取得了初步成果。上述材料可为激光通信、医疗、海洋等领域关键材料和器件的国产化替代提供支持。
作者简介
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张永成，青岛大学特聘教授、博士生导师。中国电子材料与元器件产学研协同创新平台理事、山东省硅酸盐学会理事、青岛市物理学会理事。主要从事铁电、压电、电光功能陶瓷材料研究。主持国家自然科学基金、山东省自然科学基金、教育部产学合作协同育人项目、青岛市科技局项目等10余项。以第一作者/通讯作者在Journal of the American Chemical Society、Energy Storage Materials、Advanced Optical Materials、ACS Applied. Materials Interfaces等期刊发表SCI论文40余篇，授权国家发明专利4项。指导学生获国家级省级竞赛奖励20余项。指导的本科生被保送至清华大学、北京大学等高校攻读硕士学位；指导的硕士生被南方科技大学、南京理工大学等高校录取攻读博士学位；部分学生去芯恩微电子，歌尔股份、北航青岛研究院等单位工作。获青岛大学“十佳班主任”、优秀研究生指导教师、优秀共产党员等称号。
原文链接
https://doi.org/10.1021/acsami.2c19865
相关进展
https://doi.org/10.1002/adom.202002139
https://doi.org/10.1021/acsami.1c17262
https://doi.org/10.11977/j.issn.1004-2474.2021.06.013
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