基于超材料功能基元序构思想设计新型压电器件

董蜀湘

北京大学

压电、铁电材料广泛应用于传感器、换能器、驱动器，以及半导体储存器、储能器等。压电铁电材料同铁磁性材料复合还可以产生新的物理效应—磁电耦合效应，实现磁场、电场等多物理场之间的耦合和转换。

在这个讲座里，我将介绍我们课题组近期在压电材料与器件领域的重要原创性工作和最新进展，包括（1）压电超材料，将超材料有序功能基元的思想引入压电陶瓷设计，首次实现了全部18个压电系数矩阵元非零。同时实质建立了构筑压电序构器件的全新方法论，为压电器件的未来发展提供了明确的设计思路；（2）基于超材料思想，首次实现了多层可共烧剪切型压电陶瓷驱动器的制备；（3）基于多层剪切型压电陶瓷驱动器，设计了新型纳米步进马达，实现了宏-微-纳米连续操作；（4）基于压电、电磁原理，首次提出压电-电磁双机理直线马达，获得了全新精密驱动工作模式；（5）展望了压电超材料在未来智能材料领域的应用前景。

董蜀湘，男，北京大学教授、博士生导师。1993年博士毕业于清华大学并留校任教。1997-1999年访问新加坡国立大学；2000年至2008，董蜀湘先后受聘于美国宾州大学、美国弗吉尼亚理工大学副研究员、研究科学家，研究教授。2008年回国受聘于北京大学任教。董蜀湘长期从事压电、铁电、磁电功能材料与器件，以及近期的3D打印与柔性电子、压电超材料、纳米压电马达方面的研究。在压电理论方面，将超材料功能基元序构设计思想引入压电陶瓷体系，首次实现全部非零的18个压电应变系数单元，打破了传统上70多年来压电陶瓷材料只有五个非零压电系数dij的认知；在磁电功能材料的理论方面，创立了“磁－弹－电”耦合的等效电路方法，是目前公认的理论方法之一。在压电微马达研究方面，发明了世界上最小的压电微马达，研发出具有微纳米分辨率的系列直线压电马达，并成功应用于墨子号卫星空间通讯（2018）；在磁电复合材料研究领域，发现了最强的磁－电耦合复合材料、发现磁电复合材料的超高磁场灵敏度、发现磁电材料的电压增益效应和电流－电压转换效应；在微能源采集方面，利用自主研发的3D打印设备，制备出国际上功率密度最高的柔性压电采能器件。董蜀湘在国际权威刊物Science Advances, Energy and Environment Science, Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Advanced Science等，共发表SCI收录文章约200篇。文章SCI总引用次数8900余次，并连续多年入选中国高被引学者。董蜀湘还拥有35项授权美国和中国发明专利。