中國(guó)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(duì)經(jīng)過(guò)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。基于上述PMN-PT透明陶瓷材料，該團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)搭建了一套電光調(diào)制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的電光調(diào)制以及在自由空間中的實(shí)時(shí)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(guó)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(huì)的主要通信方式，主要分為光纖光通信和空間光通信。空間光通信是構(gòu)建天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，對(duì)維護(hù)國(guó)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(shí)代的通信新戰(zhàn)場(chǎng)。根據(jù)國(guó)家規(guī)劃，到2030年我國(guó)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(shí)現(xiàn)天、空、地、�；ヂ�(lián)互通，服務(wù)于國(guó)防建設(shè)和社會(huì)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(guó)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(diǎn)，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(chǎng)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(guò)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(guó)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(jiǎn)單、可制成尺寸大、形狀復(fù)雜的制品等優(yōu)點(diǎn)。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(guó)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(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)實(shí)用化PMN-PT透明陶瓷及器件的報(bào)道。
“這個(gè)材料原先是被卡脖子的，原料是國(guó)外限購(gòu)的，現(xiàn)在我們課題組十多年終于把它做出來(lái)了”，日前，張永成博士團(tuán)隊(duì)成員房澤就PMN-PT透明光電陶瓷接受青島臺(tái)采訪時(shí)表示，“我們的PMN-PT材料目前在國(guó)內(nèi)是領(lǐng)先的，國(guó)際上也僅次于美國(guó)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(wèn)題，將有助于我國(guó)新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。團(tuán)隊(duì)前期還研究了稀土元素La、Eu、Mn摻雜對(duì)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(chǎng)下的極化翻轉(zhuǎn)過(guò)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(xiàng)性能達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平。基于自主制備的PMN-PT透明電光陶瓷開(kāi)發(fā)出原型電光器件、實(shí)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(jì)制作出高頻醫(yī)學(xué)超聲探頭，實(shí)現(xiàn)血管壁的超聲成像和檢測(cè)。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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