电机性能优化Ni-化Bi(Sc,Zr) O3-PbTiO3陶和微结构分析的电机性能优化
Qijun Wang1, Xuefan Zhou1, Lin Tang1
1Powder Metallurgy Research Institute, Central South University, Changsha, Hunan 410083, China.
ACS applied materials & interfaces
|November 3, 2023
概括
这项研究优化了BiScO3-PbTiO3陶用于高温压电应用,通过添加Ni2+来提高性能. 经过修改的陶表现出改善的机械质量因子 (Qm) 和降低的介电损失 (tan δ),显示出出色的温度稳定性.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 陶工程 陶工程
- 固态物理 固态物理
背景情况:
- 在高温压电应用中,基于石扫酸-酸 (BiScO3-PbTiO3) 的陶具有前景.
- 关键的挑战包括优化高介电损耗 (tan δ) 和低机械质量因子 (Qm).
研究的目的:
- 研究Ni2+替代对 (1-y) Bi(Sc0.975Zr0.025) O3-yPb(Ti1-xNix) O3陶的微观结构和压电特性的影响.
- 优化组合以提高机电性能和温度稳定性.
主要方法:
- 系统地研究不同Ni (x) 和PbTiO3 (y) 含量的陶系统.
- 分析相位结构,格子扭曲,域演变和缺陷双极对齐.
- 在温度范围内的压电系数 (d33),机电合系数 (kt),机械质量系数 (Qm) 和介电损耗 (tan δ) 的表征.
主要成果:
- 增加的Ni (x) 或y含量增强了四角形相和格子扭曲.
- 对不同的x值确定了形态相边界 (MPB) 组成.
- 2+替代导致域精细化和强制场的减少.
- 缺陷二极管诱导了内部偏差场,导致压电"硬化" (增加Qm,减少tan δ).
- 最优的组合 (x=0.025,y=0.63) 显示出优异的性能:d33=380 pC/N,kt=0.51,Qm=112,tan δ=0.010.
- 从25-250°C观察到非常好的温度稳定性.
结论:
- Ni2+替代有效地提炼域并诱导内部偏差场,改善BiScO3-PbTiO3陶中的压电特性和温度稳定性.
- 优化的陶组成为要求高温压电应用提供了一个有前途的候选人.
