Giant electromechanical strain response in lead‐free SrTiO3‐doped (Bi0.5Na0.5TiO3–BaTiO3)–LiNbO3 piezoelectric ceramics

材料科学 铁电性 矫顽力 压电 压电系数 分析化学(期刊) 凝聚态物理 固溶体 兴奋剂 矿物学 复合材料 电介质 化学 光电子学 物理 冶金 色谱法
作者
Lei Wu,Bo Shen,Querui Hu,Jing Chen,Yiping Wang,Yidong Xia,Jiang Yin,Zhiguo Liu
出处
期刊:Journal of the American Ceramic Society [Wiley]
卷期号:100 (10): 4670-4679 被引量:54
标识
DOI:10.1111/jace.15009
摘要

Abstract Lead‐free 0.985[(0.94− x )Bi 0.5 Na 0.5 TiO 3 –0.06BaTiO 3 – x SrTiO 3 ]–0.015LiNbO 3 [( BNT – BT – x ST )– LN , x =0‐0.05] piezoelectric ceramics were prepared using a conventional solid‐state reaction method. It was found that the long‐range ferroelectric order in the unmodified ( BNT – BT )– LN ceramic was disrupted and transformed into the ergodic relaxor phase with the ST substitution, which was well demonstrated by the dramatic decrease in remnant polarization ( P r ), coercive field ( E c ), negative strain ( S neg ) and piezoelectric coefficient ( d 33 ). However, the degradation of the ferroelectric and piezoelectric properties was accompanied by a significant increase in the usable strain response. The critical composition ( BNT – BT –0.03 ST )– LN exhibited a maximum unipolar strain of ~0.44% and corresponding normalized strain, S max / E max of ~880 pm/V under a moderate field of 50 kV /cm at room temperature. This giant strain was associated with the coexistence of the ferroelectric and ergodic relaxor phases, which should be mainly attributed to the reversible electric‐field‐induced transition between the ergodic relaxor and ferroelectric phases. Furthermore, the large field‐induced strain showed relatively good temperature stability; the S max / E max was as high as ~490 pm/V even at 120°C. These findings indicated that the ( BNT – BT – x ST )– LN system would be a suitable environmental‐friendly candidate for actuator applications.

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