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西安交通大學:在寬溫域內制備高性能無鉛壓電陶瓷
發布時間: 2022-06-28 11:30 | 【 【打印】【關閉】

   壓電致動器精度高、響應速度快,被廣泛應用于生物醫學、微電子、油氣勘探和航空航天等領域。這些壓電器件通常需要在很寬的溫度范圍內(室溫-高溫)工作,且要求其同時具有大電致應變和低應變滯后。目前應用最廣泛的壓電陶瓷主要是鉛基材料,但是由于鉛對人體和環境有危害,因此開發高性能無鉛壓電材料迫在眉睫。

鈦酸鉍鈉(Bi0.5Na0.5TiO3,BNT)基壓電陶瓷具有場致應變大、居里溫度高的優點,因此成為最有潛力的候選材料之一。目前主要有兩種方法提高BNT基材料的壓電性能,一種是通過化學摻雜構筑準同型相界(MPB),降低能壘,從而促進極化反轉和延伸獲得大電致應變;另外就是通過破壞長程鐵電有序,產生弛豫態,從而獲得較低的應變滯后。盡管如此,在寬溫域內同時獲得高應變和低滯后的BNT基壓電陶瓷鮮有報道。  

對此,西安交通大學婁曉杰課題組與合作者通過弛豫-鐵電相場模擬和合理成分設計,制備了BNBT-KNLNS3(BNBT作為基元,KNLNS鐵電相作為摻雜組元)陶瓷。該陶瓷在很寬的溫度區間(25~125°C)具有大應變(0.32~0.51%)和低應變滯后(最低僅為~11.1%)的優異壓電性能。BNBT-KNLNS3的高性能可歸因于在電場作用下弛豫到鐵電的轉變,以及由四方相和菱形相組成的MPB的存在有效地降低了弛豫到鐵電轉變的能壘,嵌入在弛豫基體的一小部分鐵電態促進了弛豫到鐵電的可逆轉變,同時伴隨極化反轉和延伸,最終使BNBT-KNLNS3陶瓷在寬的溫度范圍下呈現出低滯后的大應變。  

   

  

以上研究成果以《通過準同型相界調控獲得高應變性能的無鉛壓電陶瓷》(High-Performance Strain of Lead-Free Relaxor-Ferroelectric Piezoceramics by the Morphotropic Phase Boundary Modification)為題發表于國際材料領域期刊《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)。論文第一單位是西安交大前沿院和金屬材料強度國家重點實驗室,第一作者為李堂源博士,通訊作者為前沿院婁曉杰教授、王棟教授和東南大學李玲龍副教授。  

  論文鏈接: https://doi.org/10.1002/adfm.202202307

  文章來源:西安交通大學、新材料網、中國粉體網 

  文章鏈接:https://www.xincailiao.com/news/news_detail.aspx?id=612410 

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