近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所壓電陶瓷材料與器件研究團隊對BiScO₃-PbTiO₃(BS-PT，鈧酸鉍-鈦酸鉛)壓電陶瓷開展了系列研究，并取得了系列進展——包括揭示了其性能提升的關鍵因素是豐富疇形態的形成和疇密度的提高，驗證了四方相結構是提高溫度穩定性的重要依據，還開發該系高溫壓電陶瓷未核心元件的超聲換能器樣件驗證其應用。

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https://doi.org/10.1016/j.jmat.2021.09.004

https://doi.org/10.1111/jace.18157

https://doi.org/10.1016/j.sna.2022.113528

https://doi.org/10.1111/jace.18616.

BS-PT基高溫換能器(A)實物圖，(B)示意圖，(C)細節放大圖

BS-PT是300℃以上壓電傳感器、換能器等高溫壓電器件最具應用潛力的核心敏感鉛基壓電陶瓷元件，但是其溫度穩定性差及退極化溫度低，極大限制了其在實際高溫領域中的應用。

上硅所研究團隊基于晶格畸變和對稱演化理論，設計了BS-PT-BSN高溫壓電陶瓷，實現對壓電性能和溫度穩定性的雙重調控，進一步通過TEM/PFM/XRD等跨尺度結構表征，揭示了其性能提升的關鍵因素是豐富疇形態的形成和疇密度的提高，驗證了四方相結構是提高溫度穩定性的重要依據；繼而通過軌道雜化提高A-O及B-O鍵的結合力，設計了BiScO₃-PbTiO₃-Zn/Bi高溫壓電陶瓷，制備了兼具高壓電性能（從380pC/N提高至490pC/N）、高居里溫度（428℃）、高退極化溫度（從250℃提高至410℃）的新型BS-PT鉛基壓電陶瓷材料，通過原位XRD/Raman/PFM等手段，從本征和非本征等角度闡明了優異溫度穩定性的內在物理機制；繼而以該高溫壓電陶瓷制備了4.5MHz的超聲換能器樣件，驗證性能高于傳統PZT陶瓷換能器，有望應用于深部石油勘探、壓電噴油閥等領域中。

來源：上硅所

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