近日，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所壓電陶瓷材料與器件研究團(tuán)隊(duì)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(jìn)展——包括揭示了其性能提升的關(guān)鍵因素是豐富疇形態(tài)的形成和疇密度的提高，驗(yàn)證了四方相結(jié)構(gòu)是提高溫度穩(wěn)定性的重要依據(jù)，還開發(fā)該系高溫壓電陶瓷未核心元件的超聲換能器樣件驗(yàn)證其應(yīng)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?fù)Q能器(A)實(shí)物圖，(B)示意圖，(C)細(xì)節(jié)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(yīng)用潛力的核心敏感鉛基壓電陶瓷元件，但是其溫度穩(wěn)定性差及退極化溫度低，極大限制了其在實(shí)際高溫領(lǐng)域中的應(yīng)用。

上硅所研究團(tuán)隊(duì)基于晶格畸變和對稱演化理論，設(shè)計(jì)了BS-PT-BSN高溫壓電陶瓷，實(shí)現(xiàn)對壓電性能和溫度穩(wěn)定性的雙重調(diào)控，進(jìn)一步通過TEM/PFM/XRD等跨尺度結(jié)構(gòu)表征，揭示了其性能提升的關(guān)鍵因素是豐富疇形態(tài)的形成和疇密度的提高，驗(yàn)證了四方相結(jié)構(gòu)是提高溫度穩(wěn)定性的重要依據(jù)；繼而通過軌道雜化提高A-O及B-O鍵的結(jié)合力，設(shè)計(jì)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(yōu)異溫度穩(wěn)定性的內(nèi)在物理機(jī)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(yàn)證性能高于傳統(tǒng)PZT陶瓷換能器，有望應(yīng)用于深部石油勘探、壓電噴油閥等領(lǐng)域中。

來源：上硅所

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