Advances in mitigating the Td-d33 trade-off via compositionally graded diffusion in BNT-based piezoceramic

材料科学 陶瓷 烧结 扩散 压电 相(物质) 猝灭(荧光) 铁电性 复合材料 光电子学 电介质 热力学 光学 物理 荧光 量子力学
作者
Jun Chen,Changrong Zhou,Huihui Liu,Qingning Li,Changlai Yuan,Jiwen Xu,Shuai Cheng,Jingtai Zhao,Guanghui Rao
出处
期刊:Journal of The European Ceramic Society [Elsevier BV]
卷期号:43 (5): 1923-1931 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.jeurceramsoc.2022.12.054
摘要

A notoriously unresolved conflict that the substantial increment of depolarization temperature Td was generally accompanied by the sharply deterioration of piezoelectric constant d33 in Bi0.5Na0.5TiO3-based (BNT-based) piezoceramics severely limit their practical applications. Herein, a new strategy by Ba2+ gradient diffusion layer in 0.94Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3 (BNT-6BT) ceramic via interface-diffused sintering to suppress the ferroelectric-relaxor phase transition is presented to manipulate the incompatibility of Td and d33. By this strategy, the compositionally graded diffusion in the BNT-6BT ceramic can offer both the properties simultaneously with the Td deferring from 109 °C to 170 °C and maintaining the initial d33 (145pC/N). Furthermore, by integrating the interface-diffused sintering and quenching process, the TF-R is significantly deferring from 115 °C to 214 °C while the d33 * is retaining the initial value (d33 *=Smax/Emax=258 pm/V). Diffusion phase transition caused by Ba2+ concentration gradient promotes the greatly increased tetragonal phase ratio and the development of built-in field thereby leading to well-balanced performance between Td and d33 in BNT-6BT ceramic. Our work opens a new avenue for developing the high-performance lead-free BNT-based piezoceramics.
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