中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
壓電材料因其獨特的機電耦合特性，能夠實(shí)現機械信號與電信號之間的高效轉換，已成為各類(lèi)機電器件中的關(guān)鍵功能元件。過(guò)去幾十年來(lái)，隨著(zhù)對無(wú)鉛無(wú)毒、性能優(yōu)異的壓電材料需求的持續增長(cháng)，無(wú)鉛壓電材料及其器件的研究迅速發(fā)展。為提升BaTiO?基陶瓷的壓電性能，研究人員提出了多種策略，包括三臨界點(diǎn)設計、施主摻雜及先進(jìn)制備工藝等。然而，這些方法雖可顯著(zhù)提高壓電常數d??，卻常伴隨居里溫度 (Tc，即鐵電-順電相變溫度)的降低，或需依賴(lài)復雜昂貴的制造流程。
針對上述問(wèn)題，西安交通大學(xué)科研團隊提出了一種通過(guò)調控局部相共存和化學(xué)組分不均勻結構協(xié)同優(yōu)化壓電性能與居里溫度的策略，對無(wú)鉛壓電陶瓷材料 (Ba?.??Ca?.??)(Zr?.?Ti?.?)O?（簡(jiǎn)稱(chēng) BCZT）進(jìn)行1400?°C、6小時(shí)的二次燒結處理。該工藝有效誘導材料內部形成明顯的層級式納米疇，從而實(shí)現了壓電性能與居里溫度的協(xié)同優(yōu)化。研究結果表明，經(jīng)過(guò)二次燒結處理的BCZT陶瓷，其壓電系數d??顯著(zhù)提升至710?pC/N，同時(shí)保持原有的居里溫度不變。該成果不僅為機電器件提供了一種高性能無(wú)鉛壓電材料，也展示了通過(guò)調控局部化學(xué)分布提升壓電響應的有效手段。
圖1 二次燒結樣品中局部相共存與化學(xué)組分不均的結構特征
圖2 二次燒結BCZT陶瓷的壓電與介電性能及與其他方法的性能對比
該研究成果以題為《Significantly Enhanced Piezoelectric Properties of BaTiO?-based Ceramics with Unchanged Curie Temperature via Local Chemical Inhomogeneity》的論文發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》(影響因子13.2)上。論文第一通訊單位為西安交通大學(xué)電工材料電氣絕緣全國重點(diǎn)實(shí)驗室，吳明副教授、姚睿豐博士、金程逸暢碩士為共同第一作者，高景暉教授與鐘力生教授為共同通訊作者。合作作者還包括西安交通大學(xué)的許禹睿、徐靖喆博士、何利強博士、楊陽(yáng)副教授和劉泳斌副教授。
