Boosting the High Performance of BiFeO3-BaTiO3 Lead-Free Piezoelectric Ceramics: One-Step Preparation and Reaction Mechanisms

材料科学 压电 煅烧 杂质 陶瓷 烧结 化学工程 纳米技术 复合材料 催化作用 有机化学 化学 工程类
作者
Yu-Cheng Tang,Yansheng Yin,Aizhen Song,Huan Liu,Rui Zhang,Shijie Zhong,Hezhang Li,Bo‐Ping Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (27): 30991-30999 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acsami.2c06164
摘要

One of the notorious problems in BiFeO3-based piezoelectric ceramics is how to limit the formation of Bi25FeO39 and Bi2Fe4O9 impurities to achieve excellent piezoelectric performance. In this study, a one-step preparation technology, namely, excluding PVA, calcining, and sintering are completed in one step, instead of three steps in the ordinary sintering method, is developed to prepare BiFeO3-xBaTiO3 (BF-xBT) ceramics. The significance of this one-step method is that the thermodynamically unstable region of BiFeO3 is successfully avoided based on the Gibbs free energy of BiFeO3, Bi25FeO39, and Bi2Fe4O9. Benefiting from preventing the formation of Bi25FeO39 and Bi2Fe4O9 impurities, the resultant ceramics show dense structures, macroscopic stripe domains, and a small number of island domains and display saturated P-E curves, sharp I-V characteristics, butterfly-shape S-E loops, and good piezoelectric properties (d33 = 174-199 pC/N; TC = 494-513 °C). By analyzing X-ray diffraction patterns of BF-xBT (0 ≤ x ≤ 1) powders at different calcination temperatures (Tcal), the different reaction mechanisms between 750 °C ≤ Tcal ≤ 900 °C and 950 °C ≤ Tcal ≤ 1000 °C are revealed. When 750 °C ≤ Tcal ≤ 900 °C, Bi3+ diffuses into Fe2O3 particles to form BiFeO3 and Bi25FeO39 and then reacts with BaTiO3; in this temperature range, the formed Bi25FeO39 is hard to eliminate. At 950 °C ≤ Tcal ≤ 1000 °C, Bi3+ and Fe ions simultaneously diffuse into BaTiO3 to form BF-xBT, which is beneficial to preventing the formation of Bi25FeO39 and the improvement of performance.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
Tonyks完成签到,获得积分10
1秒前
石油大亨发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
称心的水蓉完成签到,获得积分10
2秒前
pwh完成签到,获得积分10
3秒前
4秒前
Tonyks发布了新的文献求助10
5秒前
容荣发布了新的文献求助10
6秒前
赘婿应助小渔呦呦采纳,获得10
6秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
7秒前
如意天空发布了新的文献求助10
8秒前
今后应助宋祝福采纳,获得10
9秒前
9秒前
10秒前
Lone完成签到,获得积分10
10秒前
hhdong发布了新的文献求助10
10秒前
fei发布了新的文献求助200
11秒前
11秒前
Elanie.zh完成签到,获得积分10
12秒前
luxian完成签到,获得积分10
12秒前
小萝卜头发布了新的文献求助10
12秒前
jintian发布了新的文献求助10
12秒前
13秒前
Hello应助温暖的寄松采纳,获得10
14秒前
14秒前
彩色小蕊发布了新的文献求助10
14秒前
凡君发布了新的文献求助10
15秒前
小吴发布了新的文献求助10
17秒前
大气藏今完成签到,获得积分10
17秒前
墨月白发布了新的文献求助10
17秒前
星火完成签到,获得积分10
18秒前
19秒前
嗯哼完成签到 ,获得积分10
19秒前
宋祝福发布了新的文献求助10
19秒前
20秒前
21秒前
ding应助英属维尔京群岛采纳,获得10
21秒前
科研者完成签到,获得积分10
21秒前
yyy完成签到,获得积分10
23秒前
俭朴的百合完成签到,获得积分10
25秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
No Good Deed Goes Unpunished 1100
Bioseparations Science and Engineering Third Edition 1000
Lloyd's Register of Shipping's Approach to the Control of Incidents of Brittle Fracture in Ship Structures 1000
BRITTLE FRACTURE IN WELDED SHIPS 1000
Entre Praga y Madrid: los contactos checoslovaco-españoles (1948-1977) 1000
Polymorphism and polytypism in crystals 1000
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 纳米技术 有机化学 物理 生物化学 化学工程 计算机科学 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 物理化学 电极 冶金 遗传学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6107680
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 7936754
关于积分的说明 16447686
捐赠科研通 5234389
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2797247
邀请新用户注册赠送积分活动 1779140
关于科研通互助平台的介绍 1651888