摘要
压电材料是一类可实现机械能与电能之间转换的功能材料，钙钛矿型铅基压电材料，如Pb(Zr,Ti)O3、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3等，由于压电性能优异广泛地应用在超声换能器及传感器等领域。众所周知，压电材料往往在准同型相边界（Morphotropic Phase Boundary，MPB）处表现出最优的压电、介电及铁电性能，压电材料的成分设计也围绕MPB开展。虽然铅基材料发现的早、应用广泛，但是优异压电性能机理一直存在争议，比如MPB、单斜相、纳米畴等机理。电场作用引起的压电陶瓷织构问题是阻碍晶体结构精细研究、揭示优异性能机理的主要障碍。
本文采用高能同步辐射X射线衍射及二维面探技术（0.1116Å高能量X射线可穿透1mm厚含Pb/Bi重元素的陶瓷块体，二维面探可分析织构等信息，图1）实现了在电场原位作用下同时分析铁电陶瓷织构以及晶体结构演变微观结构信息[1,2]。通过对二位探测器中不同扇区衍射图谱进行Rietveld结构精修发现，位于45º特定衍射几何的XRD图谱可用于解析织构状态下压电材料晶体结构（图1）[1]。在Pb(Zr0.535Ti0.465)O3（PZT）、0.675Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.325PbTiO3（PMN-PT）等体系中发现了电场诱导的单一单斜相，该单斜相具有独特的压电行为，即压电性能主要源于晶格应变而不是铁电畴翻转，如PZT、PMN-PT的本质晶格应变引起的d33分别为520pm/V、982pm/V，铁电畴翻转的贡献很小。通过对十余种经典铅基压电材料晶体结构深入研究表明，压电性能与晶体结构存在强烈的依赖关系，以MA、MB、R、T相顺序逐渐递减，其中单斜相压电性能最优。单斜相优异压电性能来源于自发极化在[110]晶面内的连续可逆旋转，自发极化随电场相应的速度越快，晶格形变越大，压电性能越优越（图2）[2]。

 图1 高能同步辐射电场原位研究衍射几何示意图          

图2 压电性能与晶体结构关系

参考文献
[1] Longlong Fan, Jun Chen, Yang Ren, et al, Unique Piezoelectric Properties of the Monoclinic Phase in Pb(Zr,Ti)O3 Ceramics: Large Lattice Strain and Negligible Domain Switching, Phys. Rev. Lett. 2016, 116, 027601.
[2] Hui Liu, Jun Chen, Longlong Fan, et al, Critical Role of Monoclinic Polarization Rotation in High-Performance Perovskite Piezoelectric Materials, Phys. Rev. Lett. 2017, in press.

个人简介：
陈骏，男、博士、教授、博士生导师。冶金与生态工程学院副院长。2001年本科毕业于合肥工业大学，2007年博士毕业于北京科技大学，后留校任教。2008-2009年获德国洪堡博士后研究基金（德国TU-Darmstadt），2015年5-8月日本东京工业大学材料与结构实验室海外客座教授。曾获全国百篇优秀博士学位论文（2009年）、国家基金委优秀青年基金（2013年）、教育部长江学者奖励计划青年学者（2015年）。发表SCI论文60余篇，其中包括Physical Review Letters, Journal of the American Chemical Society, Advanced Materials, Chemical Society Reviews等，获授权发明专利7项。承担《相结构及研究方法》、《功能材料》等课程。

研究方向：
[1]铁电、压电等电介质功能材料性能及机理；
[2]无机非金属、金属等材料热膨胀性质、调控及应用；
[3]无机储能及能源转化材料。

代表性论文：
[1] Hui Liu, Jun Chen,* Longlong Fan, Yang Ren, Zhao Pan, Lalitha K. V., Jürgen Rödel, Xianran Xing, Phys. Rev. Lett. 2017, in press.
[2] Lei Hu, Jun Chen,* Jiale Xu, Na Wang, Fei Han, Yang Ren, Zhao Pan, Yangchun Rong, Rongjin Huang, Jinxia Deng, Laifeng Li, Xianran Xing, J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 14530.
[3] Lei Hu, Jun Chen,* Andrea Sanson, Hui Wu, Clara Guglieri Rodriguez, Luca Olivi, Yang Ren, Longlong Fan, Jinxia Deng, Xianran Xing,* J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 8320.
[4] Longlong Fan, Jun Chen,* Yang Ren, Zhao Pan, Linxing Zhang, Xianran Xing,* Phys. Rev. Lett. 2016, 116, 027601.
[5] Lei Hu, Jun Chen,* Longlong Fan, Yang Ren, Qingzhen Huang, Andrea Sanson, Zheng Jiang, Mei Zhou, Yangchun Rong, Yong Wang, Jinxia Deng, Xianran Xing,* Adv. Mater. 2015, 27, 4592.
[6] Lei Hu, Jun Chen,* Longlong Fan, Yangchun Rong, Zhao Pan, Jinxia Deng, Ranbo Yu, Xianran Xing,* J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 13566.
[7] Jun Chen,* Longlong Fan, Yang Ren, Zhao Pan, Jinxia Deng, Ranbo Yu, and Xianran Xing,* Phys. Rev. Lett. 2013, 110, 115901.