High Piezoelectricity and Temperature Stability via Stabilized Polar Distortion

材料科学 压电 居里温度 压电系数 热稳定性 铁电性 压电响应力显微镜 铌 大气温度范围 极地的 机电耦合系数 凝聚态物理 失真(音乐) 兴奋剂 热的 格子(音乐) 光电子学 温度系数 稳健性(进化) 理论(学习稳定性) 联轴节(管道) 超声波传感器 谐振器耦合系数 扫描探针显微镜 复合材料 结构稳定性 纳米技术
作者
Haowei Wang,Shengchen Huang,Mupeng Zheng,Liu Y,Mao‐Hua Zhang,Ming Zhang,Bo Wu,Chunlin Zhao,Ke Wang,Yudong Hou
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:: e73859-e73859
标识
DOI:10.1002/adma.73859
摘要

ABSTRACT Simultaneously combining high piezoelectric performance with excellent thermal stability is essential for piezoelectrics operating under high‐temperature conditions, yet these two attributes are often in competition. Here, we propose a design strategy that stabilizes the intrinsic lattice contribution by constructing a mixed‐symmetry ferroelectrically distorted state and demonstrate its effectiveness in Pb(Zr 0.53 Ti 0.47 )O 3 ‐ x Nb (N x ) ceramics. The optimized N3 composition exhibits a high piezoelectric coefficient d 33 of 550 pC/N and a high Curie temperature T C of 367°C. Over the wide temperature range of 25–300°C, the variations in piezoelectric coefficient ( d 33 ) and electromechanical coupling factor ( k p ) are limited to only 6% and 9%, respectively. In situ temperature‐dependent structural analyses reveal that the enhanced piezoelectricity and thermal robustness originate from a ferroelectric distortion that is strongly developed at room temperature due to niobium doping and remains stable up to 300°C, as further corroborated by first‐principles calculations and scanning probe microscopy measurements. This mixed‐symmetry‐stabilization strategy provides a generalizable route to overcoming the conventional trade‐off between performance and stability and offers design guidelines for next‐generation high‐performance piezoceramics tailored for high‐temperature applications.
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