晶体材料的局部结构是对长程有序平均结构的偏离, 随着技术的进步和多年来的深入探究, 局部结构对材料性能的深刻影响逐渐被学界所认识, 对局部结构的探索为材料的性能提升和器件开发提供了关键理论指导。另一方面, 铁电材料往往具备十分复杂的局部结构, 并且局部结构对平均结构的偏离十分微小, 对其进行准确表征具有很大挑战性。本工作针对国际上较为通用的局部结构表征手段进行了综述, 主要包括基于X射线和中子进行的单晶漫散射实验技术和粉末全散射实验技术, 以及相关数据分析和结构模型构建方法; 此外, 对散射技术用于铁电压电材料局部结构表征的典型范例进行了回顾。

电卡效应通过电场诱导极性材料的相变和偶极子取向, 进而引起材料的熵变和温变、控制材料的吸、放热过程, 可用于热搬运和制冷。电卡制冷无须危害环境的制冷剂, 且具有效率高、体积小和重量轻的特点, 可为节能环保制冷技术的实现提供新的解决方案。铁电材料电卡效应的增强是电卡制冷走向实用的关键。铁电陶瓷极化率高、相结构丰富且调控方法多样, 在电卡效应研究中备受关注。本工作介绍了基于不同材料体系的铁电陶瓷薄膜、块体和多层厚膜的电卡效应, 讨论了电卡性能与材料配方、相变行为和微结构间的内在联系, 归纳了材料电卡效应的调控方法。最后, 对铁电陶瓷的未来研究进行了展望。

压电材料由于其独特的机电耦合特性而被广泛应用到传感器和制动器等设备中。柔性电子技术是未来智能技术的重要支撑, 然而, 压电材料难以同时兼具柔性和高压电性能, 这限制了压电材料在柔性电子领域的应用。总结了目前可用的柔性压电材料及其设计和制备方法, 随后系统的总结了柔性压电材料在压力传感、能量收集和生物医学等方面的应用, 最后评述了柔性压电材料发展的挑战和前景展望。

电介质储能材料被誉为“现代工业的血液”, 具有介电常数高、损耗低、功率密度大、充/放电速度快、可靠性好等优点, 是各类脉冲电力电子系统元器件的关键部件, 受到了科学界广泛的关注。但其储能密度低、效率差的缺点也极大地限制了多领域的应用。如何显著提高电介质材料的储能性能成为近年来功能陶瓷研究的热点之一。本工作对比了无机电介质储能材料的性能优势, 概述了电介质材料储能原理和储能特性的主要参数, 分析了线性电介质、弛豫铁电体、反铁电体等多种无机材料体系的组分设计思路和储能特性, 涵盖了陶瓷、膜及多层陶瓷电容器等多种材料形式, 并从材料组成、结构、制备工艺等多方面讨论了性能调控方法与增强机制, 最后分析了无机电介质储能材料所面临的机遇和挑战, 展望了其在未来的发展趋势。

铅基织构压电陶瓷由于具有优异的机电耦合性能、高性价比、组分均匀、形状可控等优点, 成为了近些年学术界和工业界所关注的热点材料, 也被认为是众多压电器件更新换代的关键材料。本工作介绍了铅基织构压电陶瓷的设计原理和制备技术, 分析了其相比于单晶及传统多晶陶瓷材料的特点和优势; 其次, 综述了铅基织构压电陶瓷制备方面的最新研究进展; 最后, 探讨了目前铅基织构压电陶瓷中存在的问题和未来发展所面临的挑战。

高性能环境友好型(K,Na)NbO3(KNN)基无铅压电陶瓷是国际上功能陶瓷的重要科学前沿和技术竞争焦点之一。优异的压电性能及其温度稳定性、抗疲劳特性、力学性能以及制备工艺重复性等综合性能是KNN基陶瓷有望得以广泛应用的重要前提, 而这些性能与KNN基陶瓷的多层次结构紧密相关。本工作从多层次结构调控的角度出发, 总结了KNN基陶瓷压电性能与其温度稳定性、抗疲劳特性、力学性能、制备工艺重复性研究等方面的研究进展以及KNN基陶瓷的应用技术研究进展。最后, 就KNN基无铅压电陶瓷的未来发展进行展望。

基于电致伸缩效应的微位移驱动器, 具有精度高、灵敏度高和滞后小等优点, 易于实现亚微米级的微量位移, 在精密定位和加工技术中得到了广泛的应用。电致伸缩效应是指电介质在电场作用下, 产生的应变正比于电场强度(或极化强度)的平方的现象, 在压电、铁电材料的机-电转换过程中起到了至关重要的作用。随着人们对环境可持续发展的重视, 无铅钙钛矿陶瓷的电致伸缩效应得到了研究者们的关注。首先综述了国内外电致伸缩效应的发展进程, 并提出了获得低滞后、大电致伸缩应变材料的设计思路, 总结了几类无铅电致伸缩陶瓷的最新研究进展, 并指出其各自优势及存在的不足。其次, 讨论了钙钛矿结构陶瓷的电致伸缩效应与压电效应、电卡效应之间的关系, 为增强压电、铁电陶瓷的压电和电卡性能提供了新的契机。最后, 根据存在的问题和面临的挑战提出展望, 以期推动电致伸缩陶瓷及其器件的发展和实用化进程。