Achieving Large Switchable Polarization and Enhanced Piezoelectric Response in BiFeO3‐PbTiO3 Solid Solution Ceramics

材料科学 压电 居里温度 铁电性 相界 极化(电化学) 多铁性 陶瓷 凝聚态物理 压电系数 钙钛矿(结构) 电介质 压电响应力显微镜 复合材料 光电子学 相(物质) 结晶学 铁磁性 物理化学 物理 有机化学 化学
作者
Jian Zhuang,Zhuohua Tang,Jinming Lu,Alexei A. Bokov,Nan Zhang,S. P. Kubrin,I. P. Raevski,Zeng Luo,Qin Lian,Shuming Yang,Wei Ren,Zuo‐Guang Ye
出处
期刊:Advanced electronic materials [Wiley]
卷期号:8 (2) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/aelm.202100883
摘要

Abstract Perovskite materials based on BiFeO 3 ‐PbTiO 3 (BFPT) solid solutions are promising for various applications thanks to the extremely large spontaneous polarization ( P s ) and existence of multiferroic morphotropic phase boundary. For applications in piezoelectric and memory devices, complete switching of P s is needed, which is hard to achieve practically. In this work, a simple modified mixed‐oxide reaction method is developed allowing to prepare Dy‐ and Sm‐modified BFPT ceramics with significantly improved properties. The MPB compositions demonstrate well‐saturated ferroelectric hysteresis loops with large switchable remanent polarization of 60 µC cm −2 and enhanced piezoelectric properties with a large‐signal piezoelectric coefficient d 33 * = 214 pm V −1 and a direct piezoelectric coefficient d 33 = 128 pC N −1 , which is one and a half times larger than the best d 33 value reported for the BFPT ceramics so far. The Curie temperature reaches 539 °C, suggesting a potential for high‐temperature applications. The domain structure is studied by piezoresponse force microscopy. It is found that the enhanced dielectric/piezoelectric properties are mainly due to polarization rotation/extension (intrinsic) mechanism, while the extrinsic contributions of the interphase and domain walls are virtually absent. The strategies for improvement of properties of BFPT and related materials are proposed.
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