Giant Field‐Induced Strain with Low Hysteresis and Boosted Energy Storage Performance under Low Electric Field in (Bi0.5Na0.5)TiO3‐Based Grain Orientation‐Controlled Ceramics

材料科学 电介质 电容器 磁滞 电场 纹理(宇宙学) 微观结构 压电 陶瓷 铁电性 相变 复合材料 光电子学 凝聚态物理 电压 电气工程 物理 人工智能 工程类 图像(数学) 量子力学 计算机科学
作者
Wangfeng Bai,Xinyu Zhao,Yuqin Ding,Leijie Wang,Peng Zheng,Jigong Hao,Jiwei Zhai
出处
期刊:Advanced electronic materials [Wiley]
卷期号:6 (9) 被引量:67
标识
DOI:10.1002/aelm.202000332
摘要

Abstract Lead‐free dielectrics with both excellent strain behavior and superior energy‐storage feature are crucial toward providing desired performance for smart electrical devices, especially under harsh environmental conditions. Herein, it is demonstrated that giant strain response of ≈0.51% with small hysteresis of ≈29% and large recoverable energy density (≈1.6 J cm −3 ) under low electric field (120 kV cm −1 ), together with excellent stabilities against temperature, frequency, and cycling, can be simultaneously achieved in oriented (with 79.4% 〈00l〉 texture) (Bi 0.5 Na 0.5 )TiO 3 –BaTiO 3 –NaNbO 3 (BNT–BT–NN) ceramics through integrating crystallographic texturing and domain engineering. Besides, a fast discharge rate of <0.1 µs along with good thermal endurance in a wide temperature range can also be acquired. It is uncovered by piezoelectric force microscopy measurements that the formation of oriented microstructure greatly promotes the domain switching and mobility, producing the considerably easy ergodic relaxor to ferroelectric phase transition with concurrently improved strain and energy storage properties in grain orientation controlled BNT–BT–NN ceramics. This study offers a feasible and propagable guidance, i.e., crystallographic texturing and domain engineering, to develop new lead‐free dielectrics for both actuators and capacitors.
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