近日，我校材料科学与工程学院智能材料与结构团队在电致伸缩材料研究中取得重要进展，于国际知名学术期刊《科学进展》（Science子刊《Science Advances》）发表了题为《钐掺杂氧化铈陶瓷的室温反常电致伸缩退化》（Anomalous electrostriction degradation in Sm-doped ceria ceramics at room temperature）的研究论文。论文第一作者为硕士研究生郭子威，通讯作者为潘锴教授、谢淑红教授及南方科技大学李江宇教授，此外团队刘运牙教授、山东良副教授等参与了此项工作，我校为论文的第一完成单位。
电致伸缩材料可以实现电学和力学信号的相互转换，具有高精度的位移驱动和传感特性，已广泛应用于微/纳米机电系统。稀土掺杂的氧化铈材料具有巨电致伸缩效应和巨压电效应，无毒与硅基工艺兼容性好，有望替代现有商用铅基弛豫铁电电致伸缩体，集成应用于下一代芯片。其长时工作稳定性尤为重要，然而氧化铈基材料巨电致伸缩发现至今十来年，大量的研究工作都是针对巨电致伸缩现象和微观机制研究，缺乏对其工作稳定性和可靠性的相关研究。
我校智能材料与结构团队发现钐掺杂氧化铈(SDC)陶瓷在室温下呈现反常电致伸缩退化现象，打破了早前研究人员在连续或半连续电场激励下，氧化铈基材料电致伸缩稳定性的常规认识。该团队对初始SDC陶瓷施加1Hz的交流电压，测得其电致应变为120 ppm，当样品在室温下“休眠”一段时间后，其电致应变衰减了近一个数量级，呈现明显的电致伸缩退化。进一步探究其退化微观机制，发现在电场激励下SDC陶瓷发生Ce4+到Ce3+的电化学还原反应，从而在SDC陶瓷内形成了缺陷复合体结构。当样品在室温下“休眠”时，Ce3+再氧化回Ce4+而消耗自由氧空位，从而降低了SDC陶瓷内可迁移的氧空位浓度，减少了电偶极子数，最终导致电致伸缩响应退化。
该研究首次在SDC陶瓷中发现了电致伸缩退化现象，为氧化铈基陶瓷其工作稳定性和可靠性提出了新的挑战。于是，克服氧化铈基电致伸缩退化，成了氧化铈基陶瓷取得广泛应用亟待解决的关键新问题。
我校材料科学与工程学院智能材料与结构团队包含教授4名、副教授1名，讲师2人，其中2人入选国家级人才计划、4人入选湖南省科技创新领军人才、湖南省杰青等省级人才计划。主要开展压电、铁电、多铁、热电、电池等智能材料多场耦合行为与器件研究。近年来团队主持国家重大科研仪器研制项目等国家、省部级项目多项，获湖南省自然科学奖等奖项。在Science Advances, Journal of Mechanics and Physics of Solids, Advanced Functional Materials, Acta Materialia等国际知名刊物发表系列研究成果。
原文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adx4319
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