近日，实验室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，通讯作者为实验室潘锴教授、谢淑红教授及南方科技大学李江宇教授，此外实验室刘运牙教授、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。
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。
原文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adx4319