SCMs|多维协同效应诱导的高压电性及可靠性的KNN压电陶瓷应用于高频超声换能器

高频超声换能器已成为现代医学诊断和治疗的有力工具。目前，大多数超声换能器使用压电陶瓷进行机电耦合，在高频（> 20 MHz）下会发生周期性的电声转换，因此对材料可靠性要求较高。

近日，四川大学蒋来明副研究员和吴家刚教授等人在Science China Materials发表研究论文，提出了一种结构调控策略，以提高铌酸钾钠（KNN）基无铅陶瓷的压电性与可靠性，并用于高频超声成像。

本文要点：

1) 所制备的KNN基陶瓷具有增强的压电性（d₃₃ ~ 550 ± 20 pC N^-1）及抗疲劳特性。

2) 针对KNN基陶瓷的良好性能，从涉及宏观到微观的多项共存、完好微观结构与灵活畴翻转的多维度协同效应阐述其机理，该多维度协同效应抑制了疲劳过程中性能恶化裂纹的出现及空间电荷的聚集，从而减少了畴壁的钉扎，增强了抗疲劳性。

3) 基于该高性能压电陶瓷制备的超声换能器具有高可靠性及温度稳定性（从室温到80 °C，频带宽度几乎不变），最后利用该超声换能器扫描罗非鱼眼球结构测试了器件成像效果。

相信通过结构策略实现性能提升的新方法可以促进KNN基超声器件在生物医学方面的应用。

文章信息

Li R., Zeng Y., Sun X., et al. Multidimensional synergy-induced high piezoelectricity and reliability KNN piezoceramics for high-frequency ultrasonic transducers. Sci. China Mater. (2022).

https://doi.org/10.1007/s40843-022-2184-7

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