_ Un non -strategie co-dopată echivalentă pentru îmbunătățirea proprietăților electrice ale ceramicii piezoelectrice

În domeniul aerospațial, un senzor de vibrație piezoelectric la temperatură înaltă este unul dintre puținele dispozitive cheie care pot fi monitorizate la temperatură ridicată. și mediu dur, așa că este deosebit de urgent să se dezvolte ceramică piezoelectrică de înaltă performanță, la temperatură înaltă, ca componentă de bază a acestui tip de senzor. Bi4Ti3O12 (BIT), ca un tip vital de feroelectrice cu structură stratificată de bismut (BLSF), are perspective mari de aplicare în medii cu temperaturi ridicate datorită TC excelentă de 675 ℃.

Cu toate acestea, volatilizarea Bi în timpul procesul de sinterizare în ceramica pe bază de BIT duce la generarea de defecte de vacanță de oxigen, rezultând o activitate piezoelectrică relativ scăzută. Strategia propusă de co-dopată neechivalentă pentru site-ul B s-a dovedit a fi o modalitate utilă de a reduce în mod eficient concentrația de oxigen liber și de a îmbunătăți proprietățile electrice cuprinzătoare ale ceramicii pe bază de BIT.

O cercetare. grup condus de profesorul Yejing Dai de la Universitatea Sun Yat-sen din Shenzhen, China, a raportat recent o nouă strategie co-dopată neechivalentă pentru ceramica piezoelectrică la temperatură înaltă bazată pe BIT pentru a rezolva problemele menționate mai sus.

Prin modificarea site-ului B pentru ceramica pe bază de BIT, este de obicei greu de obținut atât un coeficient piezoelectric ridicat, cât și o temperatură Curie ridicată, precum și o rezistivitate mare la temperaturi ridicate. Se pare că există o restricție reciprocă între d33 și TC din cauza dificultății de a obține simultan proprietăți electrice excelente și o bună stabilitate structurală. Această cercetare are ca scop optimizarea sinergică a celor doi parametri prin utilizarea strategiei co-dopate neechivalente cu site-ul B de combinare a Ta5+ cu valență mare și Cr3+ cu valență scăzută.

Cercetătorii și-au publicat cercetările în Jurnalul de Advanced Ceramics pe 21 februarie 2024.

„În această cercetare, am ales ceramica BIT co-dopată neechivalentă Ta5+ cu valență mare și cu valență scăzută Cr3+ pentru a rezolva problema că performanța piezoelectrică ridicată, Temperatura Curie și rezistivitatea la temperatură înaltă nu au putut fi atinse simultan în ceramica bazată pe BIT. O serie de ceramică Bi4Ti3−x(Cr1/3Ta2/3)xO12 au fost sintetizate prin metoda reacției în stare solidă.

„S-au investigat sistematic structura de fază, microstructura, performanța piezoelectrică și mecanismul conductiv al probelor. Strategia de co-dopaj neechivalent la locul B care combină Ta5+ cu valență mare și Cr3+ cu valență scăzută îmbunătățește semnificativ proprietățile electrice datorită scăderii concentrației de oxigen liber. Când conținutul de dopaj este de 0,03 mol, ceramica prezintă un coeficient piezoelectric ridicat de 26 pC·N−1 și o temperatură Curie ridicată de 687 ℃.

„În plus, o rezistivitate semnificativ crescută de 2,8×106 Ω· cm la 500 ℃ și o stabilitate piezoelectrică bună până la 600 ℃ sunt, de asemenea, obținute pentru această compoziție. Toate rezultatele demonstrează că ceramica pe bază de BIT co-dopată Cr/Ta are un mare potențial de a fi aplicate în aplicații piezoelectrice la temperatură înaltă”, a spus doamna. Xuanyu Chen, primul autor al lucrării și doctorand la Școala de Materiale de la Universitatea Sun Yat-sen.

Strategia de co-doping neechivalentă este o metodă eficientă de îmbunătățire a performanței electrice. de ceramică pe bază de BIT. Prin introducerea perechilor de ioni neechivalente, concentrația defectelor de vacanță de oxigen în ceramica BIT a fost redusă efectiv, iar anizotropia creșterii boabelor a scăzut. Acest lucru oferă o idee nouă pentru îmbunătățirea în continuare a proprietăților piezoelectrice ale ceramicii pe bază de BIT și promovarea aplicării acestora în domeniul detecției la temperaturi înalte.

Următorul pas al grupului de cercetare este de a induce ionii de la site-ul A, cum ar fi La3+, pe o bază co-dopată neechivalentă cu site-ul B. „Ne așteptăm ca co-dopingul A/B să crească și mai mult activitatea piezoelectrică a ceramicii pe bază de BIT, iar apoi vom dezvălui efectul co-dopajului A/B asupra structurii domeniului probei în comparație cu B. -co-doping neechivalent la locație”, a spus doamna Chen.

Scopul echipei de cercetare este de a fabrica dispozitive ceramice piezoelectrice cu straturi de bismut, cu proprietăți electrice excelente, potrivite pentru lucru la temperaturi ridicate.

Alți contribuitori includ doamna Ziqi Ma, profesorul Bin Li și profesorul YeJing Dai de la Școala de Materiale de la Universitatea Sun Yat-sen din Shenzhen, China.

(Fluierul)