压电陶瓷作为现代电子技术中不可或缺的功能材料，在传感器、换能器和驱动器等关键器件中发挥着重要作用。在无铅压电材料领域，（K, Na）NbO3（KNN）基陶瓷因其优异的压电性能和较高的居里温度，被认为是最具前景的铅基压电替代材料之一。然而，KNN基陶瓷的烧结可重复性长期以来面临严峻挑战，严重制约了其性能的稳定优化与产业化应用。
近日，福建师范大学林锦锋副教授与杨震教授团队针对KNN基陶瓷烧结过程中晶粒形貌难以控制的难题，创新性地提出了“粉末活性”调控策略，并结合两步烧结工艺，成功在KNNTa-BNN（xTa）陶瓷中实现了从均匀细晶（~ 0.27 μm）到均匀大晶粒（~ 31.65 μm），乃至毫米级（~ 1.5 × 2 mm）“单晶状”的跨尺度晶粒形貌调控。
团队通过系统的微观化学分析发现，预烧温度所调控的粒径与比表面积等表面活性因素是决定晶粒演化路径的主导因素，而Ta元素在细颗粒中的尺寸选择性偏析则构成不可忽视的扰动因素。在850 °C这一临界煅烧窗口下，两者协同作用被显著放大，从而导致了不同批次间细晶、混合晶粒乃至超大晶粒的形貌多样性。基于这一“主因-扰动”框架，团队成功揭示了KNN基陶瓷异常晶粒生长（AGG）敏感性的微观机制。
结构分析表明，晶粒尺寸的增大会促进长程有序非180°畴的形成，显著增强压电/介电响应中的外在贡献。得益于此，具有均匀大晶粒（~ 31.65 μm）的6Ta陶瓷，其压电性能约为同组分细晶陶瓷的1.7倍；而当“单晶状”超大晶粒进一步形成时，压电系数d33可突破500 pC/N。该项工作不仅丰富了KNN基陶瓷的晶粒生长理论，并推动了高性能无铅压电材料的发展。相关成果以题为“Enhanced Extrinsic Piezoelectric Contribution and Microscopic Origin of Grain Size Effect in Lead-Free KNN-Based Ceramics”发表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》上。同济大学及北京信息科技大学等单位共同参与并支持了该项工作。