Overcoming the performance ceiling of textured piezoelectric ceramics

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作者
Jinjing Zhang,Zidong Wang,Shuai Yang,Ruixuan Liu,Jianglei Chang,Haijun Wu,Mingwen Wang,Xiaoqing Chen,Yang Zhang,Xianghong Zhou,Chenbo Zhang,John E. Daniels,Yuan-Jinsheng Liu,Shi Liu,Yunfei Chang,Xianjie Wang,Xinya Feng,Chunchun Li,Nan Zhang,Jinglei Li
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:393 (6812): 719-726
标识
DOI:10.1126/science.aei0475
摘要

Textured piezoelectric ceramics could deliver the ultrahigh piezoelectricity of single crystals while retaining the mechanical robustness and cost-effectiveness of conventional ceramics, but after decades of effort, their piezoelectricity has not approached that of single crystals. We exploited compositional flexibility of textured ceramics, a critical advantage over single-crystal counterparts, using a machine-learning approach. Our samarium (Sm)–doped Pb(In 1/2 Nb 1/2 )O 3 -Pb(Sc 1/2 Nb 1/2 )O 3 -PbTiO 3 textured ceramics exhibited an ultrahigh piezoelectric coefficient ( d 33 ) of 1720 picocoulombs per newton and a Curie temperature of 250°C. These values are comparable to, or even surpass, those of state-of-the-art single crystals. In situ x-ray diffraction and Rayleigh analysis indicate that their exceptional piezoelectricity is predominantly intrinsic rather than driven by domain switching. Leveraging these textured ceramics, we fabricated a piezoelectric accelerator that exhibits not only higher sensitivity but also substantially better reliability than its single-crystal counterparts.
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