壓電材料可以實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換，在傳感器，執(zhí)行器和能量回收領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
目前，高性能壓電材料主要包括鋯酸鈦酸鉛（PZT）壓電陶瓷，鈮酸鎂鉛-鈦酸鉛弛豫鐵電單晶等，但這些材料均含有重金屬鉛。
因此，具有優(yōu)良性能和環(huán)境友好性的壓電材料的研究與開發(fā)是壓電領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問題之一。
研究人員提出了一個新的想法，以獲得氫鍵鐵電體中的超高壓電系數(shù)。
這種壓電材料還具有環(huán)保（無鉛）和柔性的優(yōu)點(diǎn)，并有望在功率和熱電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域中開辟新的機(jī)會。
最近，華中科技大學(xué)的研究團(tuán)隊（博士生任陽陽和吳夢浩教授）和南京大學(xué)的劉俊明教授在《國家科學(xué)評論》（NSR）上發(fā)表了一篇研究論文，并提出了獲得高水平研究成果的想法。
電壓電系數(shù)。
這個想法非常簡單：根據(jù)Landau連續(xù)相變模型，如果很小的應(yīng)變可以顯著改變鐵電居里溫度，那么從理論上講，在居里溫度附近，壓電系數(shù)可能趨于無限大。
根據(jù)上述想法，要在室溫下獲得該高壓電氣系數(shù)，需要滿足兩個條件：（1）居里溫度應(yīng)在室溫附近； （2）居里溫度對應(yīng)變敏感。
傳統(tǒng)壓電材料（例如BaTiO3和幾種功能性氧化物體系）的居里溫度遠(yuǎn)高于室溫，并且在室溫下施加應(yīng)變后的極化變化ΔP不足以滿足上述條件（下圖a） 。
許多氫鍵合鐵電材料的居里溫度為200-400K，有望滿足這兩個條件并成為理想的候選材料。
例如，有機(jī)鐵電體PHMDA和[H-55DMBP] [Hia]的居里溫度分別為363K和268K。
此外，氫鍵的機(jī)械性能使材料易于在外力作用下壓縮或拉伸，并且質(zhì)子躍遷勢壘和居里溫度將隨應(yīng)變而顯著變化。
此功能為調(diào)節(jié)帶來了極大的便利（下面的圖1b）。
傳統(tǒng)的鈣鈦礦鐵電體（a）和氫鍵鐵電體（b）的極化隨溫度在應(yīng)變下變化。
結(jié)合第一性原理和蒙特卡洛模擬，該論文的作者揭示了2％的拉伸應(yīng)變足以將某些氫鍵合鐵電體的質(zhì)子傳遞勢壘和居里溫度提高兩倍。
這時，我們可以在一個方向上施加特定的應(yīng)變，以將居里溫度精確地調(diào)節(jié)到室溫，然后只需要在另一個方向上施加較小的應(yīng)變即可獲得較大的鐵電極化變化和超高壓。
（模型顯示在下面的圖a中）。
（A）固定y方向的應(yīng)變并調(diào)整z方向以獲得高壓電氣系數(shù)。
（B）以PHMDA為例，在不同應(yīng)變下，蒙特卡洛模擬了極化（Ps）隨溫度（T）的變化。
例如，在PHMDA中，可以在-y方向上施加2％的壓縮應(yīng)變，以將居里溫度從363K調(diào)節(jié)到315K并將其固定。
此時，如果在-z方向上壓縮0.1％，則理論上可獲得的平均壓電系數(shù)將達(dá)到2058pC / N（如上圖b所示）。
如果在-z方向上施加較小的壓縮應(yīng)變，則壓電系數(shù)值將進(jìn)一步增加。
先前的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)報道，當(dāng)居里溫度接近時，SbSI的壓電系數(shù)會大大增加。
這種現(xiàn)象也可以通過本文提出的新機(jī)制來解釋。
從理論上講，本文提出的新型巨型壓電機(jī)制可用于大多數(shù)氫鍵合鐵電材料。
具有氫鍵的有機(jī)或無機(jī)鐵電材料種類繁多，為該機(jī)理的驗(yàn)證和應(yīng)用提供了廣闊的空間。
該機(jī)制可能成為開發(fā)高性能壓電材料的潛在方法。
