一、热电材料：点缺陷构筑短程缺陷结构，短程热传输和长程电传输
各向同性热电：点缺陷主导多尺度结构缺陷，解耦电声输运
各向异性热电：点缺陷构建局域对称性破缺，提升电传输性能
①半导体热电材料及器件：
高效热电材料具有大的温差电动势α、高的电导率σ、以及低的热导率κ。传统热电材料的电声输运参数相互依赖、此消彼长，如何协同优化这些相关联的参数以提升综合性能一直是热电材料领域的关键科学问题。
通过精细的界面工程策略，构建复合共格相界面，在散射声子、降低晶格热导率的同时，保持了较高的载流子迁移率，有效解决了传统相界面技术导致的载流子迁移率降低问题，并克服了单一能量势垒在高温下筛选低能载流子效果降低的缺陷。解决了传统热电材料中晶格热导率与载流子迁移率强耦合的技术难题，为热电材料的高性能化和实用化发展开辟了新的道路。
②稀土碲化物基热电材料：
引入点缺陷为主导的多尺度结构缺陷是协调热电材料电声输运行为的最有效策略之一。晶格热导率的显著降低需要高度集中的点缺陷，这些缺陷具有较大的质量和应变波动。
碲化物基热电材料因其独特的电子结构和物理性质，在热电材料领域具有重要的应用潜力。在以Bi2Te3、PbTe、SnTe、GeTe等为代表的碲化物基热电材料中通过引入点缺陷、纳米结构析出相、位错以及相界等方法，作为有效的声子散射源，显著降低晶格热导率；同时间隙原子可以补充材料本征空位，提高载流子迁移率，协同优化材料的电声输运性能。
③氧化物基热电材料：
氧化物基热电材料具有半导体材料无可匹及的耐高温性，但其本征性能缺陷导致热电性能过低：金属-氧之间大的电负性差使电子局域化严重，导致载流子浓度很低；大带隙导致低的载流子迁移率；离子键的强键合导致热导率很高。
该研究方向拟开发全新的氧化物热电体系，通过点缺陷调控本征绝缘体的半导化，通过超临界水热制备纳米晶、异价掺杂、能带调控、引入多尺度结构缺陷，进一步解耦电声输运特性，以期获得兼具高热稳定和高热电性能的氧化物基热电材料。
二、铁电/压电材料及器件：
压电材料：点缺陷构筑极化短程有序畴，提升材料动态响应
压电薄膜：空位诱发纳米有序畴及带电畴壁，长程基体+短程有序畴
压电陶瓷：点缺陷调控局域相结构，（无基体）相共存的极化纳米畴
铁电陶瓷：点缺陷构筑极性拓扑结构，极化连续变化
①压电薄膜，用于MEMS传感：
聚焦于压电薄膜微机电(MEMS)换能器的微型化、集成化、高效化开发。通过正/逆压电效应使压电薄膜振动，接收超声波时，作为传感器，发射超声波时，作为执行器。填补中高温区敏感薄膜传感器空白。
②压电陶瓷，用于超声电机等：
钛酸钡 (BTO) 和铌酸钾钠 (KNN) 是最具潜力的无铅压电体系，但因其固有的多步相变特征导致其相界倾斜，其大压电性能的温度稳定性与PZT差距很大，因此如何协同提高压电敏感性和温度稳定性是本领域的难题。
该研究方向利用点缺陷调控相的稳定性，扩宽了纳米相共存（电偶极子可灵活响应）的温域，同步提高了无铅压电材料的压电敏感性和温度稳定性，极大拓宽无铅压电材料应用范围。
③稀土掺杂透明压电陶瓷：
透明压电材料在透明压电触控传感器、光声成像透明换能器、透明驱动器等方面有着诱人的应用前景。但复杂的铁电畴结构使得压电材料的透光率一直较低，阻碍其在多功能器件领域的应用。
通过稀土掺杂等方式将压电和光致发光性质耦合形成多功能性压电陶瓷材料，通过构建晶粒晶界结构、调控铁电畴尺寸和数量，提高压电陶瓷的光学透过率和压力性能。
④稀土基压电单晶，用于高温振动传感：
稀土基压电单晶因其独特的压电性能，在高温振动传感领域具有重要应用。这些材料通常具有高居里温度、高压电系数、高电阻率和低介电损耗，能够在高温环境下稳定工作，适用于航空航天、核能、冶金、石油化工、地质勘探等领域。
⑤铁电储能，用于MLCC：
铁电储能材料因其独特的电滞回线特性，在制造多层陶瓷电容器（MLCC）方面具有重要应用。这些材料能够在电场作用下极化，并在去除电场后保持一定的极化状态，从而存储能量。在MLCC中，铁电材料的这一特性使得电容器能够在充放电过程中存储和释放能量。
通过稀土元素掺杂提高铁电材料储能性能。稀土元素如镧（La）、铒（Er）、钐（Sm）等的掺杂可以优化铁电材料的电学性能，如提高其剩余极化强度、降低介电损耗、增强电滞回线的方形度等，从而提高储能密度和储能效率。
三、固体氧化物燃料电池（SOFC）电极、电解质和连接体材料：
SOFC在将热能转化为功时不受卡诺循环限制，减少能耗，大大提高能量转化率（理论上其转化率可达100%）。SOFC运行过程中污染低、无噪声、无腐蚀、寿命长、工作电流密度大、功率密度高，是一种理想的环保型绿色能源。
通过低温烧结助剂调控、超临界水热制备、超快加压烧结等方法进行电池结构设计创新、电极结构改性，通过制备核壳复合结构电子功能材料，进行界面工程改性，提高离子输运性能同时降低固体电解质的电子导电能力。进一步探索电解质低温化制备以及新型高性能电池材料开发。
四、材料和器件电子显微结构表征：西安交大球差校正电镜平台 (多尺度+多场+多态)
结合球差电镜，通过多维、多场、多态先进电子显微结构表征技术，在能源材料科学问题上实现了诸多验证。面向学科前沿，支撑原创性科学研究；围绕国家重大需求，服务空天海科技单位、科技型企业的电子功能能源材料和器件的术研发需求。
