Large Piezoelectric Effect in Pb-Free Ceramics

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作者
Wenfeng Liu,Xiaobing Ren
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:103 (25) 被引量:2197
标识
DOI:10.1103/physrevlett.103.257602
摘要

We report a non-Pb piezoelectric ceramic system Ba(Ti(0.8)Zr(0.2))O(3)-(Ba(0.7)Ca(0.3))TiO(3) which shows a surprisingly high piezoelectric coefficient of d(33) approximately 620 pC/N at optimal composition. Its phase diagram shows a morphotropic phase boundary (MPB) starting from a tricritical triple point of a cubic paraelectric phase (C), ferroelectric rhombohedral (R), and tetragonal (T) phases. The high piezoelectricity of the MPB compositions stems from the composition proximity of the MPB to the tricritical triple point, which leads to a nearly vanishing polarization anisotropy and thus facilitates polarization rotation between 001T and 111R states. We predict that the single-crystal form of the MPB composition of the present system may reach a giant d(33) = 1500-2000 pC/N. Our work may provide a new recipe for designing highly piezoelectric materials (both Pb-free and Pb-containing) by searching MPBs starting from a TCP.
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