Machine Learning‑Assisted Development of High-Performance Na0.5Bi2.5Nb2O9 Piezoceramics via Synergistic Multisite Codoping

压电 材料科学 居里温度 兴奋剂 工作(物理) 光电子学 纳米技术 领域(数学分析) 极地的 热的 还原(数学) 工程物理 复合材料 居里 铁电性 磁畴壁(磁性) 陶瓷
作者
Chun GUO,Yanyan Zhang,Zhiyong Zhou
出处
期刊:ACS applied electronic materials [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsaelm.6c01237
摘要

Abstract Bismuth layer-structured ferroelectrics (BLSFs) are critical candidates for high-temperature piezoelectric applications, yet their inherently low piezoelectric activity (d33) restricts their practical implementation. In this study, a machine-learning-guided strategy was employed to rationally design multisite Li+/Ce3+ and W6+ codoped (Na0.5Bi2.5)Nb2O9 piezoceramics. Using Random Forest algorithm, we efficiently screened a large virtual composition space and identified the optimal doping window. The optimized composition exhibits a high d33 of 30 pC/N, markedly enhanced compared with the 16 pC/N of the pure composition, while retaining an ultrahigh Curie temperature (TC) of 776 °C and excellent thermal stability. Structural analyses reveal that multisite doping increases local polar disorder, which drives a significant reduction in domain size, drastically lowering the energy barrier for domain switching. Ultimately, this work successfully delivers a high-performance material for high-temperature piezoelectric devices while providing an AI-assisted paradigm for the targeted design of bismuth layer-structured ceramics.
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