在国家自然科学基金项目（批准号：52388201、52172128、52472250）等资助下，清华大学李敬锋教授团队联合西安交通大学武海军教授团队与合作者在铌酸银基无铅铁电薄膜中发现超高压电性，揭示了一种实现快速、高幅值压电响应的新机制。相关研究成果以“极化子-缺陷复合实现超高压电性（Ultrahigh piezoelectricity by polaron-defect complexes）”为题，于2026年10月1日在《科学》（Science）期刊上在线发表。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aeg4972。

　　压电材料可实现机械能与电能相互转换，在微机电系统、高精度驱动器、超声换能器等领域具有重要应用价值。传统铁电型压电材料响应速度快，但应变受本征极化机制限制；氧空位等缺陷调控可获得大电致应变，却受限于缓慢的离子迁移。因此，如何突破“大应变—快速响应”的性能权衡，是高性能压电材料领域的重要科学问题。

　　针对上述难题，研究团队在溶胶-旋涂法制备的K掺杂AgNbO₃无铅铁电薄膜中构建极化子-缺陷复合体，实现了千赫兹频率下的超大压电响应：有效压电系数达7170 pm/V，电致应变达6.2%；当频率提升至10 kHz时，有效压电系数仍保持1090 pm/V，并可稳定循环逾4000万次。

　　研究团队结合原子尺度结构与电子态表征、电学及谱学分析发现：小极化子的快速电子动力学及其与缺陷间的静电-弹性耦合，是实现高性能机电响应的关键。带电缺陷能够通过局域静电场和应变场俘获并稳定小极化子，形成大量纳米尺度的极化子-缺陷复合体；与之伴随的局域电子态变化和晶格畸变相互耦合，相当于在材料内部预先构筑了大量可响应的纳米级“弹簧”，为大幅度晶格响应提供了结构基础。进一步通过原位二次谐波产生、四维扫描透射电镜、同步辐射微聚焦X射线衍射、第一性原理计算和相场模拟等多尺度、多自由度方法，解析了外加电场作用下的动态演化过程。结果表明：电场作用下，小极化子快速跃迁，使这些“弹簧”发生协同取向和伸缩，并引发极化子-缺陷复合体动态重构，由此增强了缺陷极化与局域晶格畸变各向异性，从而实现大应变与快速响应协同。研究团队进一步在具有中心对称、非钙钛矿结构的Nb掺杂二氧化钛薄膜中验证该设计策略，在1 kHz下实现了超过1000 pm/V的有效压电系数，表明该策略具有向非铁电体系拓展的潜力。

　　该研究成功突破了传统压电材料在“大应变—快速响应”性能维度上长期存在的根本性制约，首次确立了通过极化子跃迁动态调控缺陷极化的普适性策略；所揭示的极化子-缺陷协同演化机制，为高性能铁电压电功能材料的设计提供了新物理范式，有望推动高频精密驱动、微机电系统和超声换能等领域的发展。

图 极化子–缺陷复合策略及其应变诱导机制与薄膜千赫兹下的超高压电响应