问题——“力电转换”短板制约智能装备升级 压电材料承担着“力—电”高效转换与精密驱动的双重任务，是传感、成像、微位移控制等领域的重要基础材料。从医疗超声探测到精密光学调焦，从微型机器人运动控制到沉浸式交互触觉反馈，涉及的系统对压电材料提出“更灵敏、更强劲、更稳定、更易工程化”的综合要求。然而，现实中高性能压电材料长期存在性能与成本、灵敏与稳定之间的矛盾：传统多晶陶瓷成本低、可规模化，但关键性能提升缓慢；高端单晶材料性能更高，却成本高昂且稳定性、耐久性不足，难以在更广泛的工程场景落地。 原因——材料“接近巅峰即失效”的物理瓶颈 衡量压电材料灵敏度与力电耦合能力的核心指标之一是压电系数d₃₃。过去数十年，主流多晶锆钛酸铅（PZT）陶瓷d₃₃多在200—600pC/N区间徘徊，性能提升遭遇平台期；部分弛豫型单晶材料可达2000pC/N量级，但价格昂贵且脆弱。更关键的瓶颈在于：理论上材料在相图的多相交汇处可能出现“三临界点”等热力学奇点，此处相间能量壁垒降低，外场响应可大幅增强，被视作提升性能的“高地”。但此“高地”往往靠近居里温度区域，材料一旦接近该温度，传统工作状态下压电性能会明显衰减甚至丧失，形成“越接近目标越难工作”的悖论，使得相关理论长期难以转化为可用器件方案。 影响——低成本多晶体系实现“跨代跃升”，打开应用想象空间 此次研究中，甬江实验室上席研究员、西安交通大学讲座教授任晓兵联合团队在经典低成本多晶PZT体系上取得突破：在特定工作策略下，压电系数最高达到6850pC/N，较传统压电陶瓷提升10至30倍，并显著高于已知顶级单晶材料水平。这意味着在保持多晶陶瓷可制造性与成本优势的基础上，压电性能实现跨代跃升，为更小型、更高分辨、更高可靠性的智能器件提供了关键“底座”。 更重要的是，该成果不只体现在材料数据的刷新，还在于提出了主动压电器件的新范式：不再仅依赖材料“本征性能”在常规环境下被动输出，而是通过器件层面的精细调控，让材料稳定工作在接近理论极限的区域，从而把原本“难以抵达”的性能优势转化为可持续、可验证的工程能力。这一思路对功能材料研发具有示范意义，即从“寻找更强材料”拓展到“构建更优工作模式”，以系统工程方式释放材料潜力。 对策——以主动工作模式实现“控温+偏置”协同调控 研究团队提出的“主动工作模式”主要包括两项关键策略：其一，通过集成微区热管理实现精确温控，将材料工作点稳定在理论指向的关键区域；其二，施加微小偏置电场（约20V/mm），持续引导材料内部电偶极子的有序排列，抵消热扰动导致的随机化趋势，从而维持高压电响应的稳定输出。通过这类“温度—电场”协同调控，相关器件可在室温至350℃的较宽温区保持稳定工作，为高温或温度波动环境下的传感与驱动应用提供了新的技术选项。 从研发路径看，该成果也体现出基础研究与工程验证的长期协同：理论提出、关键瓶颈识别、器件工作机制创新与可重复的性能测量相互支撑，推动“物理图景”走向“可用技术”。这为我国在关键功能材料领域持续攻关提供了可借鉴的方法论，即围绕核心指标建立可落地的系统方案，通过材料、器件与工艺一体化实现性能跃迁。 前景——面向微型机器人、精准成像与触觉交互的关键支撑 在应用层面，超高压电系数与更宽温区稳定性将直接提升传感与驱动系统的灵敏度、分辨率和控制精度。面向微型机器人领域，更高的力电转换效率有望在有限体积与能耗约束下实现更精细的动作控制与环境感知；在医疗超声与细胞级成像方向，材料性能提升将为更高信噪比、更高分辨率的探测提供基础；在触觉交互与虚拟现实等人机交互场景中，高保真触觉反馈对执行器的动态响应和稳定输出提出更高要求，新材料与新器件模式有望提升触感还原度与交互沉浸感。 同时也需看到，从实验室指标到规模化应用仍需跨越工程门槛，包括器件集成可靠性、长期循环稳定性、热管理模块的小型化与能效优化、以及在复杂工况下的一致性与可制造性验证。随着相关评价体系、封装工艺与系统级设计同步推进，这类“材料性能+器件模式”协同创新有望在更广范围内落地，并带动我国在高端传感、精密制造与医疗装备等产业链环节的技术升级。
此突破展现了我国基础研究的深厚积累，表明了科技工作者勇于挑战科学难题的创新精神。在新一轮科技革命和产业变革中——只有坚持自主创新——才能在关键核心技术领域实现从跟跑、并跑到领跑的历史性跨越，为高质量发展提供坚实的科技支撑。