Strong piezoelectric anisotropy in CaBi 4 Ti 4 O 15 textured ceramics prepared by templated grain growth method

材料科学 陶瓷 结晶学 压电 晶粒生长 各向异性 矿物学 凝聚态物理 粒度 冶金 复合材料 化学 光学 物理
作者
Yike Wang,Mingyang Tang,Xiaodan Ren,Xin Liu,Zhuo Xu,Yongke Yan
出处
期刊:Journal of the American Ceramic Society [Wiley]
卷期号:108 (2) 被引量:3
标识
DOI:10.1111/jace.20207
摘要

Abstract Bismuth layer‐structured ferroelectrics (BLSF) show great potential as piezoelectric materials for high‐temperature applications. In this study, c ‐axis/[001]‐textured CaBi 4 Ti 4 O 15 (CBT) ceramic was synthesized through templated grain growth (TGG) method. A high Lotgering factor ( f ) of 96% was achieved in textured CBT ceramic using 20 wt% CBT homogeneous template. The piezoelectric coefficient d 33 has significantly increased from 7.8 pC/N for random ceramic to 24.3 pC/N for textured ceramic (poled perpendicular to the c ‐axis/[001] texture direction), representing an impressive 300% enhancement while maintaining an ultra‐high Curie temperature ( T C ) of 788°C. In addition, a low dielectric loss (tan δ = 0.4%) and relatively high resistivity (ρ = 1.1 × 10 12 Ω·cm) were achieved simultaneously at room temperature. The significant enhancement of d 33 in textured CBT ceramic origins from its strong piezoelectric anisotropy. The large d 33,T⊥ is due to the nature of polarization switching in CBT (the spontaneous polarization P S of CBT is along a ‐axis direction, and the switching of P S is restricted within the a – b plane). Furthermore, the variation of d 33,T⊥ remained below 10% across the temperature range of 25–700°C, highlighting the excellent thermal stability of the textured CBT ceramics. These findings suggest that textured CBT ceramic is a promising piezoelectric material for high‐temperature sensor applications.
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