From Material to Device: Advances in Bi 4 Ti 3 O 12 ‐Based Ceramics for Next‐Generation High‐Temperature Piezoelectric Sensors and Transducers

压电 材料科学 微观结构 电介质 制作 陶瓷 钛酸铋 PMUT公司 传感器 粒度 居里温度 超声波传感器 光电子学 工程物理 复合材料 表征(材料科学) 极化(电化学) 锆钛酸铅 复合数 压电系数 纳米发生器 材料设计 工作(物理) 压电传感器 材料性能 单晶
作者
Zeqi Han,Leichao Cao,Chunchun Li,Jinglei Li,Fei Li
出处
期刊:International Journal of Applied Ceramic Technology [Wiley]
卷期号:23 (4)
标识
DOI:10.1111/ijac.70236
摘要

ABSTRACT Piezoelectric materials are essential functional components widely employed across diverse technological fields. With increasing demands from aerospace, nuclear, and other extreme‐environment industries, the development of piezoelectric materials capable of reliable operation at elevated temperatures has become a critical research focus. Bismuth titanate (Bi 4 Ti 3 O 12 , BIT), an Aurivillius‐type layered ferroelectric, has emerged as a leading candidate for high‐temperature piezoelectric applications owing to its high Curie temperature (∼675°C) and large spontaneous polarization (∼50 µC/cm 2 ). This review comprehensively examines the crystal structure and electrical properties of BIT and systematically summarizes key strategies for enhancing its performance, including optimization of fabrication processes, composition control (A‐site, B‐site, and co‑substitution), microstructure tailoring (grain size and grain orientation engineering), and the design of intergrowth structures. Furthermore, recent advances in high‑temperature piezoelectric devices based on BIT, such as ultrasonic transducers and composite materials, are discussed. The paper also addresses persistent challenges, such as limited densification, insufficient piezoelectric response, and dielectric losses, and proposes potential solutions. This work aims to provide a valuable reference for the design and application of BIT‑based materials in next‑generation high‑temperature piezoelectric systems.
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