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在课题组近期的研究工作中原创性地发现了一类特殊的与宏观界面形成相关的非铁电性压电多晶材料(AppliedPhysicsLetters，95，022904，2009)。这类利用传统陶瓷工艺制备的包含Na0.5Bi0.5TiO3和Bi12TiO20的复相多晶陶瓷块体具有自然产生的宏观极性，因而不需施加电场极化就具有较强压电效应。与普通的铁电压电陶瓷和极性玻璃陶瓷相比，这类特殊压电陶瓷的宏观对称性更低，其宏观压电响应信号呈现三斜晶系的特征，且压电厚度切变振动模式较强。初步研究表明，这一特殊压电效应的起源与材料是否具有铁电性并无直接联系。
本文主要对可能具有类似压电特性的Ba(Ti，Zr，Sn)O3基自然极性陶瓷进行了探索，对相关材料的压电性能、基本原料要求、微观及宏观机理进行了相关研究。
一、首先进行了BaTiO3基自然极性陶瓷的探索。主要研究了以BaTiO3和Bi2O3粉料为原料、以固相反应法合成的陶瓷的反常压电效应，探索相关机理。在实验中先合成BaTiO3粉料，然后以不同的摩尔比和Bi2O3粉料混合。利用传统制备电子陶瓷材料的固相反应工艺制备了BaTiO3基自然极性压电陶瓷。实验结果表明，这种自然极性陶瓷不需要极化就具有压电效应，压电系数d33最高可到达11pC/N，并且在温度高于BaTiO3相变点仍具有压电性。X射线衍射(XRD)显示生成样品的物相主晶相是BaTiO3和Bi12TiO20。通过拉曼光谱(Ramanspectra)和X射线光电子能谱分析(XPS)的研究，认为自然极性和非晶相中的BiO5多面体、TiO6八面体的畸变有关，这些畸变单元可能是自然极性形成的微观条件。认为Bi12TiO20对样品自然极性的形成起到非常重要的作用，而自然极性形成的宏观条件需要进一步研究。
二、进行了BaTiO3-xBi12TiO20自然极性陶瓷的物性研究。在实验中先分别合成BaTiO3和Bi12TiO20粉料，然后以不同的摩尔比混合。通过研究发现在BaTiO3和Bi12TiO20较大的配比范围内制备的样品具有自然极性，并且表现出的压电常数d33基本上是先增大后减小。进一步选取BaTiO3-0.083Bi12TiO20自然极性陶瓷研究，发现其中Bi12TiO20相对应拉曼光谱的峰位相对于Bi12TiO20陶瓷的标准峰位均往低波数移动。Bi12TiO20相低波数段拉曼峰(P1-P14)与BiO5结构有关，能够说明具体的畸变出现在BiO5多面体中。通过拉曼光谱和XPS的研究推测自然极性和畸变的BiO5多面体和TiO6八面体有关。通过差式扫描量热(DSC)的分析，在样品烧结温度以上，Bi12TiO20处于融化的状态。这样不规则固液交界面上可能有一个宏观的应力梯度，应力梯度使微观的畸变单元取向，这或许是宏观极性产生的驱动力。
三、分别探索了Ba(Zrx,Ti1-x)O3-yBi12TiO20系复相陶瓷和Ba(Snx,Ti1-x)O3-yBi12TiO20系复相陶瓷中可能存在的自然极性。首先合成纯相的Ba(Zr,Ti1-x)O3(x=0.25，x=0.50，x=1)粉料，通过介电温谱可以看到相变点都移到了室温以下，在室温附近为立方相。通过固相反应可以制备Ba(Zrx，Ti1-x)O3-yBi12TiO20系复相自然极性陶瓷。发现在Zr逐渐取代Ti的过程中，自然极性仍然存在，但压电活性逐渐减小，当x=1时，压电性消失。通过退火发现自然极性的产生和温度梯度有一定的关系。以同样方法先合成Ba(Snx，Ti1-x)O3(x=0.25，x=0.50，x=1)，再和Bi12TiO20以一定的比例混合制备出Ba(Snx，Ti1-x)O3-yBi12TiO20系复相陶瓷。研究发现在纯相的BaSnO3为基础的钙钛矿结构中也有这种自然极性现象。