近日，西安外事学院工学院多功能电子陶瓷材料研究中心陈敏老师在陶瓷领域国际顶级期刊《Journal of Advanced Ceramics》(中科院一区Top、IF:18.6)上发表了题为“Stabilization mechanism of antiferroelectric Pnma phase and low-field reversible phase transition in sodium niobate-based ceramics”的研究成果。

无铅反铁电材料在能量存储、传感器、驱动器和固态制冷等领域具有广泛应用前景。然而，典型的无铅反铁电陶瓷—铌酸钠（NaNbO₃）存在相变不可逆、所需电场高（>200 kV/cm）等问题，严重限制了其实际应用。且其反铁电相的稳定机制尚不明确，尤其是高温反铁电R（Pnma）相在室温下的稳定机制更是未解之谜。该研究借助第一性原理（DFT）计算，构建了A位空位型固溶端元，首次在xBi_2/3SnO₃-(1-x)NaNbO₃体系中实现了低电场（< 200 kV/cm）驱动的可逆反铁电-铁电相变，其性能显著优于现有NaNbO₃基陶瓷材料。这一突破源于以下协同机制：通过A位空位工程诱导位错形成，产生局域应变场和梯度效应，有效促进铁电相成核，通过调控反铁电相与铁电相之间的自由能差（提升至7.20 meV/f.u.）并增强A-O和B-O键共价性，实现了电场诱导的可逆相变。基于先进的结构表征技术，揭示了端元掺杂诱导的三阶段相演化规律。通过原子尺度分析发现，反铁电Pnma相的稳定性主要源于八面体畸变指数的大幅降低（降幅达93%，从0.047降至0.003）。该研究不仅首次在铌酸钠基陶瓷中实现了低电场驱动的完全可逆相变，还从原子尺度到相尺度系统揭示了其稳定与相变机制，为未来高性能、环保型反铁电材料的设计与应用提供了重要理论与实验支撑。

图1. Bi_2/3SnO₃改性NaNbO₃陶瓷的（a）选区电子衍射、（b）HRTEM图、（c）位错和（d）纳米畴

该研究成果受到陕西省无机功能材料绿色制备与应用重点实验室和多功能电子信息材料科研团队的支持。

《Journal of Advanced Ceramics》于2012年创刊，清华大学主办，清华大学出版社出版，清华大学新型陶瓷材料全国重点实验室提供学术支持，已被SCIE、Ei Compendex、Scopus、DOAJ、CSCD等数据库收录。2024年6月发布的影响因子为18.6，连续5年位列Web of Science核心合集“材料科学，陶瓷”学科33种同类期刊第1名；2024年11月入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”英文领军期刊项目；2025年入选中国科学院文献情报中心期刊分区表材料科学1区Top期刊。