壓電超材料，是采用超材料結(jié)構(gòu)設(shè)計的具有壓電效應(yīng)的新型高性能復(fù)合材料。
壓電材料，受到壓力會在兩端面間出現(xiàn)電壓，可以實現(xiàn)機(jī)械振動與電流的相互轉(zhuǎn)換，主要用來制造傳感器，可以廣泛應(yīng)用在電子、醫(yī)學(xué)、航空航天等領(lǐng)域。隨著科技進(jìn)步，壓電材料逐步向功能復(fù)合化、特殊化、極限化方向發(fā)展，新型壓電材料不斷被開發(fā)問世。
超材料，是具有特殊性質(zhì)的人工設(shè)計的新材料，在光學(xué)、聲學(xué)、電磁等性質(zhì)方面表現(xiàn)獨(dú)特，可以應(yīng)用在通信、機(jī)器人、軌道交通、航空航天、國防軍工等領(lǐng)域。
根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的
《2025-2030年中國壓電超材料行業(yè)市場深度調(diào)研及發(fā)展前景預(yù)測報告》顯示，將壓電材料與超材料相結(jié)合制造而成的壓電超材料，具有雙向能量轉(zhuǎn)化特性，受到機(jī)械振動時，產(chǎn)生電信號，施加電場時，發(fā)生機(jī)械變形。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計，壓電超材料擁有傳統(tǒng)壓電材料所無法擁有的獨(dú)特功能，例如獨(dú)特的力學(xué)、聲學(xué)、電磁等性能，可以實現(xiàn)波傳播調(diào)控、振動控制、能量收集等操作。
壓電超材料可以在特定頻率范圍內(nèi)阻止波的傳播，實現(xiàn)帶隙可調(diào)節(jié)，進(jìn)而實現(xiàn)噪聲隔離、振動控制；可以將機(jī)械振動轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)能量收集；可以根據(jù)外部施加的不同應(yīng)力或者電場，調(diào)節(jié)自身的力學(xué)性能、電學(xué)性能。
壓電超材料可以廣泛應(yīng)用在通信、交通、可穿戴設(shè)備、機(jī)器人、儀器儀表、機(jī)械設(shè)備、航空航天、醫(yī)療成像、工業(yè)無損檢測、建筑等領(lǐng)域。例如在汽車、航空航天等方面，壓電超材料可以應(yīng)用在抗震、減振設(shè)計領(lǐng)域；在可穿戴設(shè)備方面，可將使用過程中產(chǎn)生的振動轉(zhuǎn)化為電能；在醫(yī)療成像、工業(yè)無損檢測方面，可制造高靈敏度超聲波傳感器，獲得高分辨率圖像。
2024年8月，我國工信部關(guān)于發(fā)布國家重點研發(fā)計劃“高性能制造技術(shù)與重大裝備”等16個重點專項2024年度項目申報指南的通知中，在高端功能與智能材料機(jī)敏仿生超材料方面，將具有仿生拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的減振降噪壓電智能復(fù)合材料及應(yīng)用列入。這有望推動我國壓電超材料技術(shù)研究不斷深入。
新思界
行業(yè)分析人士表示，近年來，我國以及全球范圍內(nèi)，壓電超材料相關(guān)研究成果不斷增多。美國加州大學(xué)洛杉磯分校團(tuán)隊開發(fā)了一種合理設(shè)計壓電超材料的方法，以及一種電荷程序化多材料增材制造技術(shù)，用于機(jī)器人構(gòu)建中；中國南方科技大學(xué)團(tuán)隊以超材料為模板設(shè)計了一種三維互連的壓電陶瓷-聚合物復(fù)合材料，具有高機(jī)電響應(yīng)和力學(xué)靈活性；其他研究機(jī)構(gòu)還有美國亞利桑那州立大學(xué)、中國南京航空航天大學(xué)等。
