在BiScO3-PbTiO3的超低介电损耗具有优异的热稳定性,通过相位结构调节通过压电陶
Shaotong Gong1, Tian-Long Zhao1, Yifan Zhang2
1Faculty of Integrated Circuit, Xidian University, Xi'an 710071, China.
ACS applied materials & interfaces
|November 22, 2025
概括
这项研究通过添加Bi(Mn2/3Nb1/3) O3 (BMN) 来增强用于电力应用的BiScO3-PbTiO3 (BS-PT) 陶. 新组合显著降低介电损耗,改善机械质量因素,同时保持出色的压电性能和热稳定性.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 固态物理 固态物理
- 陶工程 陶工程
背景情况:
- 比斯木斯酸-酸 (BS-PT) 陶具有高压电性和库里温度.
- 然而,高介电损耗和低机械质量因素限制了它们在动力应用中的使用.
- 引入放松器铁电Bi(Mn2/3Nb1/3) O3 (BMN) 是为了克服这些局限性而被探索的.
研究的目的:
- 开发具有降低介电损失和增强机械质量因素的先进压电陶.
- 研究BMN添加对BS-PT陶性能的影响.
- 为了在高功率应用中实现压电特性,介电损耗和机械质量因子的同时改进.
主要方法:
- 在BMN-BS-PT系统中合成了富含T的形态相边界 (MPB) 组合物.
- 优化了组合到0.02BMN-BS-0.635PT. 的情况.
- 具有特征的压电特性 (d33, kp, kt),介电损耗 (tan δ),机械质量因子 (Qm) 和库里温度 (Tc).
- 在现场进行电气和结构特征,包括高温X射线衍射 (XRD).
主要成果:
- 优化的0.02BMN-BS-0.635PT组合表现出明显减少的tan δ (0.57%) 和增强的Qm (124).
- 保持了优良的压电特性:d33 = 365 pC/N, kp = 0.53, kt = 0.54,其中Tc = 435 °C.
- 该材料表现出了显著的热稳定性,kp和kt保持高达300°C的温度.
- 替代引发氧气空缺和缺陷二极体,抑制域壁运动和减少介电损失.
- 放松剂诱导的极性纳米域有助于保持高的d33值.
结论:
- 将BMN添加到BS-PT陶中可以有效地减少介电损失,并提高机械质量因素.
- 开发的BMN-BS-PT陶显示出用于高温,高功率压电应用的巨大潜力.
- 该研究建立了一个可行的策略,通过相位结构调节来设计先进的压电陶.
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