![]()
推荐！自然科学基金申报书范文合集
1研究背景
压电材料能够将机械应力和电场相互转换，这一特性使其在传感器、执行器以及能量收集等领域有着广泛的应用。BiFeO3-PbTiO3（BF-PT）基陶瓷因其高居里温度和良好的压电性能而成为研究的热点。然而，BF-PT材料在追求更高Tc的同时，往往伴随着d33值的降低，这限制了其在高温环境下的应用。传统的策略是通过构建斜方-四方相界（MPB）来优化性能，但这种方法往往需要牺牲Tc。此外，BF-PT系统中存在的大晶格畸变和八面体倾斜引起的大反铁电畸变，进一步增加了R相和T相之间的能量势垒，导致域壁移动受限，影响了材料的压电性能。
2成果简介
在这项研究中，研究人员通过引入伪立方（Pc）相替代R3c相，并调整P4mm相的晶格畸变，实现了在0.60Bi0.95La0.05FeO3-(0.40-x)PbTiO3-xBaTiO3陶瓷中同时获得高d33值和高Tc的目标。特别地，在x=0.20的组成下，实现了约410 pC/N的高d33值和约416°C的高Tc，同时具有良好的热稳定性。结构分析表明，这种优异的压电活性与多种因素有关，包括四方（T）和Pc相的共存、无八面体倾斜、场诱导的可逆T-Pc相变以及优化的c/a比率。更显著的是，由显著增强的域壁运动引起的外在压电响应对准静态d33值的贡献高达约70%。此外，高达约400°C的稳健域结构是其良好热稳定性的原因。这些优点表明，精心设计的组成作为高温压电材料具有巨大潜力。3图文导读
图1 ：(a) 二元BF-PT固溶体的Tc、T相的c/a比率和R相的90-α的变化。(b) R-T MPB系统与T-Pc MPB系统之间Landau能量的示意性说明。(c) BLF-PT-xBT三元系统的示意图相图。(d) BLF-PT-xBT组成中(200)c和(111)c反射的组成依赖性演化。(e) x=0.20样品的Rietveld结构精修图。(f) BLF-PT-xBT系统中c/a比率和T相体积分数(FT)的演化。图2 (a) BLF-PT-xBT组成的温度依赖性相对介电常数εr和损耗正切tanδ。(b) d33、εr和Pr作为x函数的变化。(c) 本研究中所研究组成与各种钙钛矿结构压电陶瓷的d33作为Tc函数的比较。(d) 各种含Bi压电陶瓷的c/a比率与d33之间的关系。图3 x=0.20样品沿(a) <001>、(b) <110>和(c) <111>晶带轴的明场域形态；(d) PFM导出的域结构的出平面振幅图像和(e)相位图像。(f) PFM的局部开关光谱。图4 (a) x=0.15、(b) x=0.20和(c) x=0.25样品在10 Hz下的场依赖P-E回线。(d) x=0.15、(e) x=0.20和(f) x=0.25样品的Pr、Pmax和Ec作为E0函数的变化。(g) 计算的滞后面积ln<A>作为E0的函数。(h) E1、E2和Pr、Pmax（在6 kV/mm时）值作为x函数的演化。(i) 三种组成在第一阶段的β值比较。图5 x=0.20样品的(a) (200)c反射和(b) (111)c反射的演化以及相应轮廓图作为电场函数的变化。(c) x=0.20样品在电场作用下(111)c的FWHM演化和(d) η002T。(e) x=0.20样品的SL作为电场函数的计算。(f) x=0.20样品的S-cal.和d33-cal.与Spos和d33的比较，以及宏观应变和准静态d33的晶格应变贡献的计算。 4小结
这项研究通过精心设计的BiFeO3-PbTiO3陶瓷材料，实现了高d33值和高Tc的双重目标，同时保持了良好的热稳定性。研究人员通过引入伪立方相并调整晶格畸变，降低了R相和T相之间的能量势垒，同时保持了较大的晶格畸变，从而实现了高Tc。此外，通过优化c/a比率和场诱导的T-Pc相变，显著提高了材料的压电响应。这项工作不仅为高温压电材料的开发提供了新的思路，也为BF-PT基压电陶瓷的性能优化提供了重要的参考。通过深入理解材料的微观结构与宏观性能之间的关系，研究人员能够设计出更高效、更稳定的压电材料，以满足日益增长的高温应用需求。文献：
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2024.120580推荐阅读：
![]()
说明:
🔹本文内容若存在版权问题，请联系我们及时处理。
🔹欢迎广大读者对本文进行转发宣传。
🔹《材料研究前沿》会不断提升自身水平，为读者分享更加优质的材料研究成果，欢迎关注我们。
欢迎广大科研工作者投稿最新研究成果。
