Inducing superior electrical performances in textured CaBi 2 Ta 2 O 9 based ceramics

材料科学 陶瓷 复合材料 光电子学
作者
Wei Shi,Mingyue Mo,Qi Hu,Zhi Tan,Shangyi Guan,Liang Xu,Jie Xing,Qiang Chen
出处
期刊:Materials horizons [Royal Society of Chemistry]
卷期号:12 (23): 10314-10325
标识
DOI:10.1039/d5mh01252j
摘要

Bismuth-layered structure ferroelectrics (BLSFs), exemplified by CaBi2Ta2O9 (CBTa), exhibit exceptional thermal stability at high temperatures with a high Curie temperature. This attribute renders them highly promising candidates for piezoelectric sensors, transducers, non-volatile ferroelectric memory, etc. working in extreme environments. However, CBTa ceramic suffers from the following intrinsic limitations: spontaneous polarization confined within the ab-plane of the unit cell and a large coercive field, leading to severely suppressed piezoelectric activity (d33 ≈ 5.4 pC N-1). To address these challenges, a synergistic strategy integrating ion doping and hot forging is proposed to fabricate textured CBTa-based ceramics. Systematic characterization reveals that hot forging induces preferential grain orientation, effectively aligning polar domains while maintaining the layered perovskite structure. This optimization achieves significant enhancement in piezoelectric response (d33 ∼ 21.8 pC N-1) and direct-current resistivity (ρ > 1 × 107 Ω cm at 600 °C) without compromising TC (∼922 °C). Notably, the textured ceramics retain 95% of their initial piezoelectric performance after depoling at 900 °C for 2 h, underscoring their outstanding thermal stability. This work establishes a microstructure-engineering paradigm for tailoring electromechanical properties in BLSFs, bridging the gap between intrinsic material limitations and application-driven performance requirements.
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