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【材料】西安交大娄晓杰课题组在无铅压电陶瓷高应变性能方面取得

发布日期:2022-08-17 12:42:27 作者:e星平台网址 来源:e星体育官方网站入口 点击:7

  在无铅压电陶瓷高应变性能方面取得新进展发表在国际材料领域期刊《先进功能材料》上。

  压电致动器精度高、响应速度快,被广泛应用于生物医学、微电子、油气勘探和航空航天等领域。这些压电器件通常需要在很宽的温度范围内(室温-高温)工作,且要求其同时具有大电致应变和低应变滞后。目前应用最广泛的压电陶瓷主要是铅基材料,但是由于铅对人体和环境有危害,因此开发高性能无铅压电材料迫在眉睫。

  钛酸铋钠(Bi0.5Na0.5TiO3,BNT)基压电陶瓷具有场致应变大、居里温度高的优点,因此成为最有潜力的候选材料之一。目前主要有两种方法提高BNT基材料的压电性能,一种是通过化学掺杂构筑准同型相界(MPB),降低能垒,从而促进极化反转和延伸获得大电致应变;另外就是通过破坏长程铁电有序,产生弛豫态,从而获得较低的应变滞后。尽管如此,在宽温域内同时获得高应变和低滞后的BNT基压电陶瓷鲜有报道。

  对此,西安交通大学娄晓杰课题组与合作者通过弛豫-铁电相场模拟和合理成分设计,制备了0.97Bi0.47Na0.47Ba0.06TiO3-0.03K0.47Na0.47Li0.06Nb0.99Sb0.01O2.99(简称:BNBT-KNLNS3,BNBT作为基元,KNLNS铁电相作为掺杂组元)陶瓷。该陶瓷在很宽的温度区间(25-125 °C)具有大应变(0.32-0.51%)和低应变滞后(最低仅为~11.1%)的优异压电性能。BNBT-KNLNS3的高性能可归因于在电场作用下弛豫到铁电的转变,以及由四方相和菱形相组成的MPB的存在有效地降低了弛豫到铁电转变的能垒,嵌入在弛豫基体的一小部分铁电态促进了弛豫到铁电的可逆转变,同时伴随极化反转和延伸,最终使BNBT-KNLNS3陶瓷在宽的温度范围下呈现出低滞后的大应变。

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