Dual Achievements of Piezoelectric Enhancement and Temperature Sensing in Bi 4 Ti 3 O 12 Ceramics via Er 3+ Doping

材料科学 居里温度 压电 兴奋剂 陶瓷 铁电性 压电系数 发光 铁电陶瓷 光电子学 氧传感器 压电传感器 空位缺陷 纳米技术 大气温度范围 氧气 衰减系数 振动 红外线的 格子(音乐) 声发射 居里 复合材料 衰减
作者
Haoyu Dai,Ke Zhao,Tao Wang,Ji Wang,Hai Jiang,Peng Du,Renbing Sun,Laihui Luo
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (22) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adfm.202518029
摘要

Abstract The multifunction sensing materials can greatly reduce the complexity of the sensing system when used in the constrained spaces. Bismuth layer‐structured ferroelectric Bi 4 Ti 3 O 12 (BIT) is expected to own dual functionality of simultaneous piezoelectric vibration monitoring and temperature detection when they are used in jet engines and nuclear reactors. Bi 4– x Er x Ti 2.98 (W/Nb) 0.01 O 12 (BNWT: x Er, x = 0, 0.01, 0.03, 0.05 and 0.1) ceramics are developed with an optimal piezoelectric coefficient d 33 of 36 pC N −1 and a high Curie temperature of 657 °C. Er 3+ doping can significantly enhance the piezoelectric and ferroelectric properties of the BNWT: x Er without sacrificing Curie temperature. The introduction of Er 3+ can effectively reduce the formation of oxygen vacancies and the difference in lattice constants a , b , and c . The enhanced piezoelectric properties in the BNWT:0.03Er are related to the reduced oxygen vacancy concentration and orthogonal distortion. Most significantly, the incorporation of Er 3+ imparts optical temperature sensing functionality to the ceramics in a broad range (173–773 K) via the fluorescence intensity ratio (FIR) technique, with luminescence color changes enabling high‐temperature early‐warning capability. This dual functionality of piezoelectric vibration monitoring and optical temperature sensing achieved by Er 3 ⁺ doping provides a novel integrated sensing solution for in situ condition monitoring in extreme environments.
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