跳动城乡网热量和压力会降低压电材料的性能，而这种材料正是实现最先进的超声波和声纳技术的必要条件。从历史上看，修复这种损坏需要拆卸设备并将材料暴露在更高的温度下。
现在，研究人员已经开发出一种在室温下恢复这些特性的技术，使得修复这些设备变得更加容易，并为新的超声波技术铺平了道路。
该论文《无需热处理的弛豫PbTiO3压电单晶的电去极化和再极化》发表在《自然通讯》上。
压电材料有许多应用，包括声纳技术以及产生和感应超声波的设备。但为了使这些设备有效地产生声纳或超声波，材料需要“极化”。
这是因为用于声纳和超声波应用的压电材料大多是铁电材料。与所有铁电材料一样，它们表现出一种称为自发极化的现象。这意味着它们包含一对带正电和负电的离子，称为偶极子。
当铁电材料极化时，这意味着它的所有偶极子都被拉向与外部电场对齐。换句话说，偶极子都朝着同一个方向，这使得它们的压电特性更加明显。
“如果这些偶极子不对齐，就很难产生具有实用所需振幅的目标超声波，”该论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程系DeanF.Duncan杰出教授蒋晓宁说。
江说：“保持压电铁电材料的极化面临着一些重大挑战，因为偶极子在暴露于高温或高压时会开始失去其排列。”
“这也是一个制造问题，因为它限制了制造超声波设备时可以使用的其他材料和工艺，”江说。“而且由于高温实际上并没有那么高——在70°C时你就会发现对准问题——即使是运输或储存这些技术有时也会对设备的极化和效率产生不利影响。
“此外，某些技术的长期使用可能会导致设备本身产生热量，从而有可能导致压电铁电材料去极化。”
一旦材料中的偶极子失去排列，要让它们重新排列就不容易了。需要将压电-铁电材料从设备中取出，并暴露在高温下(300°C或更高)，以便彻底消极，然后再“重新极化”材料，将偶极子拉回排列。
“重复使用这些压电-铁电材料非常重要，因为它们通常很昂贵——你不会想把它们扔掉，”江说。“但通常情况下，材料会被回收，而超声波设备的其余部分会被丢弃。
“我们开发了一种技术，可以在室温下对压电铁电材料进行去极化和复极化。这意味着我们可以将偶极子拉回到对齐状态，而无需从设备中移除材料-并且可以根据需要重复进行。”
要理解这项新技术，您需要了解有两种方法可以将压电-铁电材料中的偶极子拉向对齐。最广泛使用的技术是将直流(DC)电场施加到材料上，将所有偶极子拉向同一方向。
江说：“这种方法对于实现排列很有效，但仅使用直流场来使材料去极化几乎是不可能的。”
另一种技术是向材料施加交流(AC)电场，这会导致偶极子响应场中的波而振荡，直到场被移除，此时偶极子锁定在对齐位置。
“我们发现，即使在室温下，我们也可以采用交流电场使材料去极化。如果材料最初采用直流电场极化，我们可以使用交流电场去除大部分极化，但不是全部，”Jiang说道。“但是，如果材料最初采用交流电场极化，我们发现也可以使用交流电场使材料完全去极化。”
这一发现对超声波技术至少有两大重要影响。
“如果我们能够在室温下极化压电-铁电材料，就意味着我们可以改变制造超声波设备时使用的其他材料和制造工艺，以优化其性能，”江说。“我们不再局限于不会影响压电-铁电元件极化的材料和工艺，因为我们可以在设备组装后使用交流电场对材料进行极化。
“更重要的是，这意味着我们可以轻松地重新极化现有设备中的材料，希望这些技术能够拥有更长的峰值性能寿命。”
