Large Electric Field-Induced Strain and Antiferroelectric Behavior in (1-x)(Na0.5Bi0.5)TiO3-xBaTiO3 Ceramics

材料科学 铁电性 电场 反铁电性 压电 电介质 八面体 凝聚态物理 陶瓷 离子 分析化学(期刊) 结晶学 复合材料 晶体结构 化学 物理 光电子学 量子力学 有机化学 色谱法
作者
Yiping Guo,Yun Liu,Ray L. Withers,Frank Brink,Yi Chen
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:23 (2): 219-228 被引量:208
标识
DOI:10.1021/cm102719k
摘要

The dielectric, ferroelectric, and electric field-induced strain response of (1-x)(Na0.5Bi0.5)TiO3-xBaTiO3 (NBT-BT) (0.04 ≤ x ≤ 0.10) ceramics has been systematically investigated as a function of temperature. It is found that ferroelectric and antiferroelectric (AFE)-like behavior can coexist at temperatures significantly lower than the depolarization temperature Td (even down to as low as ambient temperature). Electron microscopy suggests that such behavior results from the electric field-dependence of fine scale octahedral tilt twinning disorder and the associated disorder in the local (ferroic) off-center displacements of the Na/Bi/Ba and Ti ions. The existence of the AFE-like behavior significantly enhances the electric field-induced strain. High bipolar strain of 0.40% and unipolar strain of 0.27% has thereby been achieved at ambient temperature in an NBT-BT, x = 0.07, ceramic. The bipolar and unipolar strains reach almost identical maximum values when the temperature is close to Td. Giant unipolar strains of 0.42%, 0.41%, and 0.29% were observed in NBT-BT ceramics with x = 0.06, 0.07, and 0.08 at temperatures close to their Td’s of 100 °C, 50 °C, and 87 °C, respectively. This work thus provides new insight into ways to further optimize lead-free NBT-BT piezoelectric ceramics for practical use in different temperature ranges.
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