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    BiScO₃-PbTiO₃(BS-PT)高溫壓電陶瓷是一類(lèi)重要的功能陶瓷材料，因高居里溫度（T_C: ~450℃）和高壓電系數（d₃₃: ~450pC/N），被認為是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之一。然而，BS-PT壓電陶瓷的溫度穩定性差及退極化溫度（T_d）低，限制了在實(shí)際高溫領(lǐng)域中的應用。 

　　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隊運用微結構調控和組成設計優(yōu)化等策略，對BS-PT壓電陶瓷開(kāi)展研究，并取得系列進(jìn)展。基于晶格畸變和對稱(chēng)演化理論，研究設計了BiScO₃-PbTiO₃-Bi(Sn_1/3Nb_2/3)O₃(BS-PT-BSN)高溫壓電陶瓷，實(shí)現對壓電性能（d₃₃從380 pC/N提高至450 pC/N）和溫度穩定性（T_d從250℃提高至330℃）的雙重調控。進(jìn)一步，研究通過(guò)TEM/PFM/XRD等跨尺度結構表征，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，驗證了四方相結構是提高溫度穩定性的重要依據，相關(guān)成果發(fā)表在Journal of Materiomics（2022, 8:319-326）和Journal of the American Ceramic Society（2022, 105:1558-1567）上，并獲授權發(fā)明專(zhuān)利一項。 

　　通過(guò)軌道雜化提高A-O及B-O鍵的結合力，科研人員設計了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。研究采用原位XRD/Raman/PFM等手段，從本征和非本征等角度闡明了優(yōu)異溫度穩定性的內在物理機制。相關(guān)成果發(fā)表在Journal of the American Ceramic Society（2022,105:6898-6909）上，獲授權發(fā)明專(zhuān)利一項。 

　　研究以上述高溫度穩定性、高壓電性能的壓電陶瓷為核心元件，制備了4.5MHz的超聲換能器樣件。該超聲換能器在380℃和450℃高溫模擬環(huán)境中長(cháng)時(shí)間（24h/14h）穩定工作后，靈敏度依然維持在470mV；此外，在室溫到450℃溫區內保證高-6dB帶寬（>95%），高于傳統PZT陶瓷換能器（~60%），有望應用于深部石油勘探、壓電噴油閥等領(lǐng)域。相關(guān)成果發(fā)表在Sensors and Actuators（2022, 340,113528）上。 

　　研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院科研儀器設備研制項目的支持。 

　　論文鏈接：1、2、3、4