电陶瓷中极化纳米微区可实现宽温域高压电性能

近日，西安交通大学材料学院材料强度组武海军教授课题组与同济大学合作，在前期一项研究，即在铌酸钾钠(KNN)基压电陶瓷中创新性地构建了一种具有准同型相界（MPB）特征的扩散型PPB相界，用于协同优化压电系数及其温度稳定性的研究基础上，选择了具有高居里温度的0.99（（K0.5Na0.5）（Nb0.98Ta0.02）O3）-0.01（Bi（Ni0.67Nb0.33）O3）作为基础体系，并利用第三组分（Bi0.5K0.5）HfO3（BKH）进行化学改性。相关研究成果发表在《先进功能材料》上。

BKH是线性电介质，有利于在KNN基陶瓷中引入弛豫态并扩散相变温度。然后通过织构技术进一步改善各向异性，以保持良好的压电性能。研究结果表明所制备的KNN基陶瓷不仅具有高度的织构取向和高的居里温度，而且成功地扩散并降低了TO-T相变温度，最终在室温单四方相0.96（（K0.5Na0.5）（Nb0.98Ta0.02）O3）-0.01（Bi（Ni0.67Nb0.33）O3）-0.03（Bi0.5K0.5）HfO3-3%wt NaNbO3陶瓷基质中观察到极性纳米微区（PNRs）的嵌入。这种新型的多尺度结构使得KNN基陶瓷不仅保持了高居里温度（~ 365°C）和高压电性能（d33~ 331 pC/N，d33* ~ 561 pm/V），同时还获得了优异的温度稳定性，如在25°C到100°C的温度范围内，其d33仅变化2.0%（~ 10.0%到200°C），在25°C到175°C的温度范围内，其d33*仅变化4.2%（~ 9.8%到200°C）。

研究选择了具有高居里温度的0.99（（K0.5Na0.5）（Nb0.98Ta0.02）O3）-0.01（Bi（Ni0.67Nb0.33）O3）作为基础体系，并利用第三组分（Bi0.5K0.5）HfO3（BKH）进行化学改性。（课题组供图）