建大新闻网讯    近日，材料科学与工程学院纳米材料与技术专业2022级本科生马宇欣以第一作者在陶瓷领域国际权威期刊Journal of the European Ceramic Society（JCR 1区，IF=6.2）发表题为“Pseudo−3–3 type pore structure for enhanced piezoelectric energy harvesting performances of freeze-casted porous (Ba_0.85Ca_0.15)(Zr_0.1Ti_0.9)O₃ ceramics using cellulose nanofibers suspension as a novel liquid medium”的学术论文。指导教师为张军战副教授（通讯作者），西安建筑科技大学为第一完成单位。

(Ba_0.85Ca_0.15)(Zr_0.1Ti_0.9)O₃压电陶瓷凭借其环境友好性和高压电系数（d₃₃~ 620 pC/N）在压电能量收集领域展现出巨大潜力。然而，(Ba_0.85Ca_0.15)(Zr_0.1Ti_0.9)O₃致密陶瓷较高的相对介电常数（ε_r）导致其压电能量收集品质因数（FOM₃₃ = d₃₃²/ε₀ε_r）较低，限制了其在无线传感器、可穿戴电子设备和植入式生物医学器件中的实际应用。引入孔隙虽然能有效降低ε_r，但往往会造成d₃₃显著下降。因此，如何在降低ε_r的同时保持较高的d₃₃，仍是当前多孔压电陶瓷面临的重要挑战。

本研究创新性地以纤维素纳米纤维（CNF）悬浮液作为新型液相介质，采用冷冻浇注法成功制备出具有伪3–3型孔结构的BCZT多孔压电陶瓷。该独特孔结构源于冰晶生长过程中的尖端分裂及愈合机制，CNF被截留并在相邻陶瓷壁间形成桥接结构，从而增强了陶瓷相的连通性，显著改善了压电性能。当浆料固含量由18 vol%提高至24 vol%时，孔隙率从61.3%降至52.3%，d₃₃则由74 pC/N升至225 pC/N，FOM₃₃高达150 pm²/N，优于已报道的多孔压电材料。该工作揭示了孔结构和孔隙率对BCZT多孔陶瓷介电、压电及能量收集性能的影响规律，为开发高FOM₃₃多孔陶瓷压电能量收集器提供了有效的材料设计策略。

冷冻浇注法制备CNF基BCZT多孔压电陶瓷示意图

(a) 制备过程；(b) 孔形成机理

期刊链接：https://www.journals.elsevier.com/journal-of-the-european-ceramic-society

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2026.118639

文字、图片：崔彤（材料科学与工程学院）

编辑：肖雯雯