Achieving Temperature‐Insensitive High Piezoelectricity by Reentrant Relaxor Transition

材料科学 铁电性 四方晶系 压电 可重入 相变 凝聚态物理 转变温度 陶瓷 相(物质) 复合材料 光电子学 电介质 化学 物理 超导电性 有机化学
作者
Yang Yang,Shichang Li,Liqiang He,Guanqi Wang,Chang Liu,Yi‐Qiao Song,Yuanchao Ji,Hanbing Zhang,Jiantuo Zhao,Dong Wang,Xiaobing Ren
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:12 (38): e08293-e08293
标识
DOI:10.1002/advs.202508293
摘要

Although precision sensors and actuators demand piezoelectric materials with temperature-insensitive high piezoelectricity (d33), achieving such a property is physically challenging because high d33 relies on tuning the material to the vicinity of a ferroelectric-ferroelectric transition but it renders the property highly temperature-sensitive. This issue is particularly prominent for lead-free materials. Herein, a lead-free Bi-doped (Ba,Ca)(Zr,Ti)TiO3 ceramic showing a low-temperature reentrant relaxor transition is designed, which is a diffuse transition from a tetragonal ferroelectric to a reentrant relaxor, the latter characterized by orthorhombic (O) polar nanodomains embedded in the tetragonal (T) ferroelectric matrix. The reentrant relaxor composition exhibits a remarkable temperature-insensitive high d33 of ≈350 pC N-1 over a wide temperature range from -40 to 85 °C. In situ microscopic observations and phase field simulations reveal that the temperature-insensitive high d33 in the reentrant relaxor composition originates from the synergistic effect between the reduction in the kinetic energy of the T-symmetric ferroelectric domains and the increase in the volume fraction of the O-symmetric nanodomains during cooling. This work provides a new recipe for designing lead-free materials with temperature-insensitive high piezoelectricity.
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