中國粉體網(wǎng)訊 近期，青島大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院張永成副教授團(tuán)隊經(jīng)過多年研究，成功制備出高度透明Sm摻雜PMN-PT電光陶瓷。該陶瓷的透光率達(dá)70%（接近其理論極限71%）、電光系數(shù)35×10-16 m2/V2、半波電壓113V、消光比32dB，綜合性能優(yōu)異�；谏鲜鯬MN-PT透明陶瓷材料，該團(tuán)隊還設(shè)計搭建了一套電光調(diào)制系統(tǒng)，實現(xiàn)了數(shù)字信號和模擬信號的電光調(diào)制以及在自由空間中的實時傳輸。
相關(guān)成果以"Ultra-transparent PMN-PT Electro-Optic Ceramics and its Application in Optical Communication"為題發(fā)表在國際光學(xué)領(lǐng)域著名期刊《Advanced Optical Materials》(影響因子IF=9.926；DOI:10.1002/adom.202002139)。該論文第一作者為碩士研究生房澤，通訊作者為張永成副教授，青島大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院為論文第一作者單位和通訊作者單位。
光通信是當(dāng)前信息社會的主要通信方式，主要分為光纖光通信和空間光通信�？臻g光通信是構(gòu)建天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，對維護(hù)國家安全、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大意義，已成為5G乃至6G時代的通信新戰(zhàn)場。根據(jù)國家規(guī)劃，到2030年我國將建成“全球覆蓋、隨遇接入、按需服務(wù)、安全可信”的天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)體系，實現(xiàn)天、空、地、海互聯(lián)互通，服務(wù)于國防建設(shè)和社會發(fā)展�？臻g光通信由于鏈路距離遠(yuǎn)，激光的傳輸損耗大，需要大功率電光調(diào)制器。而高性能電光材料及大功率電光調(diào)制器件是空間光通信等領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，也是制約我國該領(lǐng)域發(fā)展的瓶頸之一。
與傳統(tǒng)電光材料LiNbO3、PLZT、LGS、BBO、KDP相比，豫鐵電體鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛（PMN-PT）具有電光系數(shù)大、半波電壓低、激光損傷閾值高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，是制備大功率、高速率電光調(diào)制器的理想材料，在空間光通信、強(qiáng)場激光物理、星載激光雷達(dá)、激光武器、材料激光加工等領(lǐng)域有重要應(yīng)用前景。西安交通大學(xué)李飛等人通過交流極化工藝制備了兼具高壓電系數(shù)、高電光系數(shù)和理論極限透光率的PMN-PT單晶，為研制高性能電光調(diào)制器、光學(xué)相控陣和量子光學(xué)器件提供了全新的關(guān)鍵材料，入選了2020年度中國科學(xué)十大進(jìn)展。與單晶相比，陶瓷具有制備周期短、生產(chǎn)成本低、摻雜濃度高、組分均勻、器件加工簡單、可制成尺寸大、形狀復(fù)雜的制品等優(yōu)點。但是高度透明陶瓷的制備非常困難，大大限制了PMN-PT透明陶瓷的應(yīng)用。目前僅有美國Boston應(yīng)用科技公司制備了高度透明PMN-PT陶瓷，并研發(fā)出一系列高性能電光器件，而國內(nèi)尚未見實用化PMN-PT透明陶瓷及器件的報道。
“這個材料原先是被卡脖子的，原料是國外限購的，現(xiàn)在我們課題組十多年終于把它做出來了”，日前，張永成博士團(tuán)隊成員房澤就PMN-PT透明光電陶瓷接受青島臺采訪時表示，“我們的PMN-PT材料目前在國內(nèi)是領(lǐng)先的，國際上也僅次于美國的波士頓科技公司�！�
高度透明PMN-PT電光陶瓷的成功制備，為研制高性能電光器件提供了核心材料，解決了原材料卡脖子的問題，將有助于我國新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。團(tuán)隊前期還研究了稀土元素La、Eu、Mn摻雜對PMN-PT透明電光陶瓷、壓電陶瓷結(jié)構(gòu)和性能的影響，研究了PMN-PT單晶中鐵電疇在原位外加電場下的極化翻轉(zhuǎn)過程。相關(guān)成果發(fā)表在J. Mater. Chem. C、Ceram. Int.、J. Mater. Sci.(封面論文) 等期刊上。
張永成，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，青島大學(xué)青年卓越人才，主要從事鐵電、壓電、電光功能陶瓷材料研究。制備的鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛（PMN-PT）基透明電光陶瓷和壓電陶瓷的各項性能達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平。基于自主制備的PMN-PT透明電光陶瓷開發(fā)出原型電光器件、實現(xiàn)了自由空間光通信；基于自主制備的PMN-PT基壓電陶瓷設(shè)計制作出高頻醫(yī)學(xué)超聲探頭，實現(xiàn)血管壁的超聲成像和檢測。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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