这个实验看上去并不复杂，数据看上去也不是那么的多，为什么你是第一个发现的？
大家好，我是李飞，来自西安交通大学。非常高兴能在格致论道为大家做报告。我看到观众里有很多中学生、小学生，这应该是我第一次给中小学生做报告。在演讲开始之前，我首先想感谢一下组织论坛的工作人员，他们在前期做的大量工作让我意识到，这个报告可能比学术报告要难讲得多。
我今天给大家报告的题目是《一“压”就来电的智能材料》。那什么是一“压”就来电的智能材料？就是具有压电效应的材料。
压电效应最早是在1880年由居里兄弟在石英晶体中发现的。居里兄弟中的弟弟就是我们熟知的居里夫人的丈夫。正压电效应是指给石英晶体加上一个力，比如敲它一下，它就会形成电场，产生能被接收到电荷，这个就叫正压电效应。实际上我们用到的按压式打火机就利用了这个原理。
逆压电效应是指如果给石英晶体加一个电场，它就会产生应变或者振动，这个就叫逆压电效应。这样看来，压电材料本质上就是一种能够实现机械能与电能转换的智能材料。
在压电材料被发现之初，人们并不知道它有什么用。一直到上世纪初，海洋运输变得越来越重要，人们才开始应用压电材料。当时我们人类怎么保证海洋运输的安全呢？其实我们用了一个最简单的方法，就是把轮船造得越大越好，这样就可以抵御海上的风浪，避免沉船。
我们都听过泰坦尼克号的故事，许多人也都看过《泰坦尼克号》的电影。泰坦尼克号是当时世界上最大的邮轮，但是它在第一次出海时，就因撞到水下的冰山而不幸沉船，导致1500多人遇难，这也是人类历史上最大的海难之一。于是，人们开始意识到，我们的轮船不仅需要大，同时还需要一双能够探查水下环境的“眼睛”。在日常生活中，我们通常用光波或者说电磁波来探测空气中的物体。但是在水下，电磁波的传播距离非常有限。
那应该如何探测水下的物体呢？要用声波。由此，压电材料第一次登上了历史舞台。
很快，法国科学家朗之万先生就发明了第一台主动声纳。声纳的原理其实非常简单。我们给一个压电材料加上一个电场，就会产生声波。声波发出以后打在目标物体上，目标物体就会产生回波。然后我们就能通过正压电效应接收回波，再转化成感应电信号。通过这样的过程，我们就能探测到水下物体的位置。
除了声纳以外，现在压电材料在我们生活中还有非常多的应用。比如大家比较熟悉的医疗超声，B超仪就跟声纳的原理非常相似，因为人体的70%是由水构成的。正因为压电材料这么重要，我们才一直在不断探索和研发新的压电材料来满足应用的需求。
在过去100多年时间里，材料的压电系数由之前每吨几个皮库提升到现在每吨几千皮库。为什么我们要提升压电系数呢？因为压电材料的系数越高，用它制作的声纳的探测距离就会越远，用它制作的B超的精度就有可能更高。大家注意，上图红框中的压电材料实际上都属于铁电材料。而我今天要讲的是一类目前压电性能最高的材料：弛豫铁电单晶。
弛豫铁电单晶最早是在1970年由苏联科学家和日本科学家合成出来的。但直到20多年后，也就是1997年，美国科学家Tom Shrout教授和他的博士后SE Park才对它的压电性能进行了全面系统的研究。他们发现，弛豫铁电单晶的压电性能是当时最好的压电材料的5-10倍，这为后来的压电器件的性能提升提供了具有革命性的基础，也被认为是压电材料的一个里程碑。
但是在那时候，这个晶体的生长合成非常困难，只能用溶液法，所以它的尺寸非常小，远远无法满足应用的需求。所以当时的人们非常发愁，既然有了优异的晶体，如何把它应用起来呢？如何让它长大呢？在这个时候，我国的科学家，来自中国科学院上海硅酸盐研究所的许桂生、罗豪苏教授发现，这种晶体可以利用坩埚下降法生长，而且可以生长到很大的尺寸。
沿着这个思路，在全世界许多科学家的共同努力下，这个晶体很快就生长到了直径4英寸的大小，也就是100毫米左右。这种大小就可以支撑它用于压电器件。弛豫铁电单晶最直接的应用就是医疗B超。由于它的压电系数比之前的材料高5-10倍，所以用它制作的B超系统的成像分辨率和成像精度都得到了大幅度提升。目前大家在三甲医院看到的一些高端医疗超声探头基本都是由这种晶体制成的。
从弛豫铁电单晶这个例子大家可以看到，研究压电材料是一件非常有意义的事情，但是过程里并不是一蹴而就的。从弛豫铁电单晶的第一次出现到它真正服务于人类，前前后后各国学者花了40多年的时间，它是智慧的结晶。