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壓電陶瓷因其能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械能與電能之間的相互轉(zhuǎn)換而成為制造機(jī)-電轉(zhuǎn)換功能電子元器件的核心材料。在無(wú)鉛壓電陶瓷中，鈮酸鉀鈉基((K,Na)NbO₃, KNN)壓電陶瓷由于具有較高的壓電性能和居里溫度T_C等優(yōu)點(diǎn)，是最有希望取代鉛基壓電陶瓷的無(wú)鉛壓電陶瓷之一。然而，KNN的壓電性能和溫度穩(wěn)定性與鉛基壓電陶瓷還相差甚遠(yuǎn)，限制了其潛在應(yīng)用。

近日，同濟(jì)大學(xué)翟繼衛(wèi)教授研究團(tuán)隊(duì)提出了一種集成分調(diào)控和織構(gòu)工程的雙重策略，旨在重構(gòu)KNN基陶瓷的相結(jié)構(gòu)、疇結(jié)構(gòu)、晶體各向異性和相變之間的復(fù)雜耦合。結(jié)果表明，在(K,Na)NbO₃基織構(gòu)化陶瓷中獲得了較高的壓電系數(shù)(d₃₃~550±30 p CN^-1)和逆壓電系數(shù)(d₃₃*~850 pm V^-1)，以及290 °C的居里溫度。同時(shí)，在25-200 ° C的溫度范圍內(nèi)，陶瓷的d33和d33*的變化率僅為3%和4%。這種在(K,Na)NbO₃基陶瓷中表現(xiàn)出的超穩(wěn)定熱壓電性能與商用Pb(Zr, Ti)O₃基陶瓷相當(dāng)。

具有寬服役溫區(qū)的高性能KNN基織構(gòu)壓電陶瓷設(shè)計(jì)思路圖

該研究成果以“Ultra-Stable Thermal Piezoelectricity up to 200 °C in High-Performance KNN-Based Textured Piezoceramics”為題發(fā)表于《Advanced Function Materials》上。論文的第一單位是同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，第一作者為同濟(jì)大學(xué)在讀碩士生楊慧蓉，通訊作者為同濟(jì)大學(xué)材料學(xué)院翟繼衛(wèi)教授、哈爾濱工業(yè)大學(xué)姜桂鋮教授、同濟(jì)大學(xué)材料學(xué)院錢進(jìn)博士。

該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。