Phase‐Composition‐Dependent Piezoelectric and Electromechanical Strain Properties in (Bi1/2Na1/2)TiO3–Ba(Ni1/2Nb1/2)O3 Lead‐Free Ceramics

材料科学 铁电性 电介质 压电 凝聚态物理 压电系数 固溶体 相(物质) 钙钛矿(结构) 分析化学(期刊) 结晶学 复合材料 物理 化学 光电子学 量子力学 冶金 色谱法
作者
Feng Li,Ruzhong Zuo,Donggeng Zheng,Longtu Li
出处
期刊:Journal of the American Ceramic Society [Wiley]
卷期号:98 (3): 811-818 被引量:85
标识
DOI:10.1111/jace.13363
摘要

New lead‐free perovskite solid solution ceramics of (1 − x )( Bi 1/2 Na 1/2 ) TiO 3 – x Ba ( Ni 1/2 Nb 1/2 ) O 3 [(1− x ) BNT – x BNN , x = 0.02–0.06) were prepared and their dielectric, ferroelectric, piezoelectric, and electromechanical properties were investigated as a function of the BNN content. The X‐ray diffraction results indicated that the addition of BNN has induced a morphotropic phase transformation from rhombohedral to pseudocubic symmetry approximately at x = 0.045, accompanying an evolution of dielectric relaxor behavior as characterized by enhanced dielectric diffuseness and frequency dispersion. In the proximity of the ferroelectric rhombohedral and pseudocubic phase coexistence zone, the x = 0.045 ceramics exhibited optimal piezoelectric and electromechanical coupling properties of d 33 ~121 pC/N and k p ~0.27 owing to decreased energy barriers for polarization switching. However, further addition of BNN could cause a decrease in freezing temperatures of polar nanoregions till the coexistence of nonergodic and ergodic relaxor phases occurred near room temperature, especially for the x = 0.05 sample which has negligible negative strains and thus show the maximum electrostrain of 0.3% under an external electric field of 7 kV/mm, but almost vanished piezoelectric properties. This was attributed to the fact that the induced long‐range ferroelectric order could reversibly switch back to its original ergodic state upon removal of external electric fields.

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