压电陶瓷是一种能够实现机械能与电能相互转换的关键功能材料，广泛应用于传感器、驱动器、换能器等核心器件，在航空航天、石油勘探、精密制造等领域具有不可替代的作用。随着科学技术的快速发展，极端环境下的应用对压电材料提出了越来越高的要求——既需要高压电系数实现高效能量转换，又需要优异的温度稳定性保障高温下的可靠运行。然而，高压电性与热稳定性之间存在固有的“权衡效应”：提高压电性能往往需要引入结构不稳定性，这会导致居里温度降低、高温性能衰减加剧；反之，追求高热稳定性则通常以牺牲压电性能为代价。这一矛盾长期制约着高温压电材料的发展，成为该领域亟待突破的关键科学问题。
针对上述挑战，研究团队另辟蹊径，跳出了传统上依赖增强外部贡献或单纯提高居里温度的思路，转而从内部晶格响应入手，提出了“混合对称稳定化”的全新设计策略。通过在经典的锆钛酸铅（PZT）陶瓷中引入铌（Nb）离子掺杂，构建了一种混合对称的铁电畸变态，其在宽温度范围内保持稳定。优化后的陶瓷组分实现了压电系数d33=550pC/N、居里温度TC=367°C和出色的热稳定性，在25至300°C之间，d33和平面机电耦合系数kp的变化分别限制在6%和9%，热稳定性显著优于商用PZT-5A与BS-PT等高温压电陶瓷。研究团队结合原位变温X射线衍射、球差校正扫描透射电子显微镜、压电力显微镜以及第一性原理计算等多尺度表征手段，深入揭示了性能增强的微观机制。研究发现，铌掺杂稳定了三方-四方混合相的晶格畸变，形成了具有层级结构的畴组织，这是材料同时获得高压电性和高热稳定性的关键。
图1. Nb-PZT陶瓷的电学性能
图2. Nb-PZT陶瓷的结构分析
图3. Nb-PZT陶瓷电学性能的温度稳定性
图4. Nb-PZT陶瓷变温条件下的结构表征
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