压电陶瓷与储能陶瓷是电子功能器件的关键核心材料，广泛应用于能量采集器、精密驱动器、多层陶瓷电容器等。极化构型是赋予这些材料各项功能性能的核心微结构。这里，基于前期工作提出的“局域铁电畸变模型”（Nat Commun 15, 8591 (2024); Nat Commun16, 807 (2025); Adv Func Mater2025, 2425080），张斗教授团队将其与高熵化、相界调控等手段结合，通过设计极化构型，实现在介电储能和压电性能的提升。这些工作相继发表于Nature communications(2026, 17:4999)以及Advanced functional materials (2026;0:e79325)，成人app 邹金住博士、张斗教授以及香港城市大学张树君教授为共同通讯作者，成人app 博士研究生魏彤昕为第一作者。

（1）设计铁电陶瓷极化构型提升介电储能性能

介电储能陶瓷材料是关键电子元器件多层陶瓷电容器的核心材料。当前，高熵化协同优化储能陶瓷的储能密度和效率已经展现出巨大潜力。然而，过多元素占据晶格同一位点会导致饱和极化的降低，抑制了储能密度的进一步提升。

基于局域铁电畸变模型，提出一种结合高熵熵稳化学无序效应和鸡尾酒效应的策略，保持高效储能的同时提升饱和极化，进一步提高综合储能性能。相场仿真揭示：增强局域铁电畸变的元素（鸡尾酒效应）以长程无序形式分布（熵稳效应）时，能够在提升饱和极化的同时保持低剩余极化（图1）。

图1 局域铁电畸变结合熵稳化学无序提升介电储能陶瓷饱和极化

基于此，设计了一种A位六主元的高熵陶瓷(Bi,Na,K,La,Sr)(Ti,Zr)O3—PbTiO3陶瓷。在PbTiO3含量在25%以下时，材料原子尺度局域铁电畸变显著增强，而整体仍保持细小分散的PNRs结构（图2），在保持高效率的同时（87%），储能密度显著提升（21J/cm³）。 该工作有望为未来高熵储能陶瓷的设计提供启发。

图2 六主元高熵陶瓷的多尺度结构表征

（2）设计铁电陶瓷极化构型协同提升电致弯曲及其温度稳定性

近年来电致弯曲效应在无铅压电陶瓷的电致应变性能提升中展现出巨大潜力。尽管已经有缺陷偶极、畴翻转、点缺陷等模型揭示电致弯曲效应，但对于铁电陶瓷特征微结构——极化构型，与这些缺陷模型的耦合关系及其对电致弯曲的影响还未被充分理解，这导致在室温到高温时，陶瓷的应变输出会发生剧烈波动。

结合有限元模拟、相场仿真、密度泛函、原位性能测试和结构表征，我们揭示极化构型与目前常见电致弯曲模型之间的耦合关系（图3），阐明在缺陷作用下灵活极化构型能够增强外电场作用下陶瓷上下表面收缩的不一致，导致更大的电致弯曲变形。基于此，从平均相结构、微米尺度畴结构、纳米尺度极化异质性及原子尺度局域铁电畸变(图4）多尺度设计极化构型。最终在2kV/mm的低电场下，获得室温高电致弯曲变形（S_uni～2.2%），同时保持优异的温度稳定性（-40至160℃温度浮动仅10%）。此外，由于灵活极化构型的成功实现，极化后陶瓷具备高小信号压电系数～500pC/N和优异的能量采集性能（最大负载输出功率可达116μW/mm³）。 这项工作有望为未来电致弯曲效应的设计，尤其是感驱一体化压电陶瓷的设计，产生启发。

图3 极化构型与电致弯曲模型的耦合关系分析

图4 设计多尺度极化构型协同优化电致弯曲及其温度稳定性

上述工作受到教育部基础学科和交叉学科突破计划、博士后创新人才支持计划、国家自然科学基金、粉末冶金全重课题、成人app 研究生自主探索创新项目、香港城市大学Grants Council以及the Start-Upgrant的资助。

（一审：李卉淼 二审：刘彬 三审：张斗）