本报讯（记者李媛）西安交通大学、金属材料强度全国重点实验室教授李飞团队与合作者通过机器学习辅助设计，开发出压电性能媲美单晶的织构陶瓷，有望提升医疗超声探头、高灵敏度传感器、芯片散热用压电风扇等器件的性能。近日，相关研究成果发表于《科学》。

压电材料作为可将电能和机械能相互转换的功能电子材料，已广泛应用于各类换能器和传感器，覆盖医疗超声成像、水声声呐、精密驱动及用于集成电路芯片散热的压电风扇等诸多场景。随着实际应用对器件分辨率、探测穿透深度、测量精度与功耗指标要求持续提升，压电材料的综合性能亟待取得新突破。其中，具备择优晶粒取向的织构压电陶瓷，融合了单晶的高性能与传统陶瓷低成本、高机械韧性、可实现异形共形制备的优势，是推动压电材料性能提升的重要研究方向。然而，织构陶瓷的压电性能与同组分单晶相比仍存在较大差距，这一问题主要源于织构陶瓷固有的微观结构特征，如存在压电性较低的晶界、非织构的晶粒及晶界对畴尺寸的限制，从根本上制约了压电性能的进一步提升。

针对这一技术瓶颈，团队首先对拓扑化学合成法进行改进，研制出富含强扩散离子锆的一系列新型微晶模板。相较于传统钛酸钡模板，新型微晶模板在固相烧结过程中稳定性更强。同时，团队还建立了高质量弛豫铁电陶瓷性能数据集，基于机器学习方法，构建出可预测弛豫铁电陶瓷压电性能和居里温度的模型。

在该模型的辅助下，团队充分发挥织构陶瓷的重要优势，即更高的成分可调性，首次研制出压电性能可与单晶相媲美的高性能织构压电陶瓷，且在机械强度、矫顽场等方面表现出显著优势。

团队基于高性能织构压电陶瓷还研制出矢量加速度计，其灵敏度远高于压电单晶和传统锆钛酸铅陶瓷加速度计，并表现出与传统陶瓷器件相似的稳定性和疲劳特性。该成果证明，新材料兼具单晶的高灵敏度与陶瓷的优异稳定性及可靠性。

相关论文信息：https://doi.org/10.1126/science.aei0475