铁电材料因其换能、储能等功能性而被广泛应用于各类电子功能材料和器件，这主要取决于铁电材料晶体结构基因——极化构型。传统构建相界策略对极化构型调控不够灵活，性能增幅有限，已越来越无法满足器件微型化和集成化的需求。近期，陈骏教授团队提出，高熵策略可充分发挥原子铁电活性、半径等综合因素用于局域极化构型的定向设计，有效提升外场响应的灵活度，进而大幅度提升铁电材料的相关电学性能，该类材料称之为“高熵铁电体”。研究团队采用高熵策略在铁电体中开展了一系列研究工作，分别设计出高熵压电、高熵电致伸缩、高熵储能等材料，并以“High-entropy ferroelectric materials”为题在《Nature Reviews Materials》上发表该系列成果的评述（IF = 76）（论文链接：https://doi.org/10.1038/s41578-023-00544-2）。北京科技大学和海南大学是该评述文章的共同单位。
图：高熵铁电体具有灵活的局域极化构型设计、优异的物理性能和广泛的应用场景
研究团队首先采用高熵策略设计并制备了PNN-PIN-PT-PZ五元复杂铅基压电陶瓷，其压电性能d33高达1200 pC/N以上，该性能是常规压电陶瓷的两倍。借助球差矫正透射电子显微镜对每个钙钛矿单胞中极化信息的定量分析，观察到了一种新颖的准各向同性极化构型。（Acta Materialia 236 (2022) 118115）
为消除应变滞后并尽可能少牺牲应变量，从而使得铁电材料能用于光刻机等高精度微位移驱动等领域，团队利用Sm掺杂PNN-PIN-PZ-PT高熵压电材料，在低的激发电场下获得了无滞后的大应变。多相纳米团簇共存的基体使得极化在小电场的作用下发生旋转，促进晶格应变，进而产生大的宏观应变性能。与此同时，Sm离子自发偏析产生非极性内延纳米颗粒，其在退电场的过程中为基体提供回复应力，消除应变的滞后。（Advanced Materials 34 (2022) 2204743）
在电介质储能领域，采用高熵策略设计出局域多样性极化构型，获得了优异的储能性能，揭示了熵增增强储能性能的机制（Advanced Materials 34 (2022) 2205787）。在极化构型设计的基础上，研究团队开创性的利用高熵策略设计氧八面体倾斜畸变，成功设计出具有综合性能优异的局域多态畸变弛豫铁电体，其内部同时包含局域极化无序和氧八面体倾斜无序，在无铅储能陶瓷中同时获得了高能量存储密度和高储能效率（Nature Communications 13 (2022) 3089）。
上述研究结果表明，高熵策略在铁电体极化构型设计上具有很强的操作性和普适性，并且针对高压电性、低滞后大应变和高效储能等电学性能所需的极化基因特点，可以有效设计出与之相匹配的局域结构。该方法可用于设计下一代高性能铁电性能相关的材料。系列研究工作开辟了高熵铁电体新的研究方向，得到了国家自然科学基金的支持。
