南京航空航天大学杨颖《‌Ceram. Int》|通过层合复合策略同时增强PMS- PZT 高功率压电陶瓷的压电性能与温度稳定性

文献分析工具：科应智能助手（www.scienceing.com）

本研究系统地探讨了PMS-x多层复合压电陶瓷的制备、微观结构及性能，重点阐明了其在宽温度范围内具有高压电性能和热稳定性的微观机制。研究结果表明，通过调整质量比（0.05Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 - 0.05Pb(Mn1/3Sb2/3)O3 - 0.9Pb0.95Sr0.05(Zr0.48Ti0.52)O3 + 0.4mol%三氧化二铁和Yb2O3（PMS- PZT -1）与0.93Pb (Zr₀.₄₈Ti₀.₅₂)O₃ - 0.05 Pb (Mn₁/₃Sb₂/₃)O₃ - 0.02 Pb (Sc₁/₂Nb₁/₂)O₃ ( PMS- PZT -2），成功制备出一种压电系数d33 > 300 pC/N且具有可调机械品质因数Qm的陶瓷体系。该材料在25°C至200°C范围内表现出优异的温度稳定性。具体而言，压电系数的温度灵敏系数 η 绝对值小于5%，去极化温度Td约为300°C。微观结构分析显示明显的相界和纯钙钛矿结构，以及显著的弛豫行为。原位TEM观察表明，与180°畴相比，人字形90°畴在高温下表现出更好的结构稳定性。其与缺陷和晶界之间的强弹性耦合作用有效抑制了氧空位迁移和畴壁运动，从而延缓了热去极化过程。

图1. (a)原位温度依赖性d33和 (b)0.05Pb (Mg1/3Nb2/3)O3-0.05Pb (Mn1/3Sb2/3)O3-0.9Pb0.95Sr0.05(Zr0.48Ti0.52)O3 (PMS- PZT -1)与0.93Pb (Zr₀.₄₈Ti₀.₅₂)O₃-0.05 Pb (Mn₁/₃Sb₂/₃)O₃-0.02 Pb (Sc₁/₂Nb₁/₂)O₃ ( PMS- PZT -2)的 ƞ 变化

图2. PMS陶瓷的横截面扫描电子显微镜（SEM）形貌：(a) PMS-1，(b) PMS-2，(c) PMS-3，(d) PMS-4，(e) PMS-4样品的横截面SEM形貌。

图3. PMS陶瓷的表面截面扫描电镜形貌：(a) PMS-1，(c) PMS-2，(e) PMS-3，(g) PMS-4；PMS陶瓷的晶粒尺寸分布：(b) PMS-1，(d) PMS-2，(f) PMS-3，(h) PMS-4。

图4 PMS-x陶瓷的 XRD 模式

图5(a-e)PMS-x陶瓷在0.1kHz、1kHz、10kHz、100kHz时的温度依赖性介电特性。(e)PMS-x陶瓷在1kHz时的温度依赖性介电特性。(f)ln(1/ εr -1/ εm )随ln(T-Tm)变化的函数关系

图6. (a) 铁电特性：PMS-x陶瓷的极化-电场（P-E）曲线；(b) PMS-x陶瓷的Pr值与Pmax值；(c) PMS-x陶瓷的Ec+、Ec−及Ei值。

图7. (a) PMS-x陶瓷在40 kV cm-1电场下的双极应变-电场(S-E)曲线；(d) PMS-x陶瓷的总应变、正应变及负应变。

图8.室温下随成分变化的压电与介电特性：(a)阻抗幅值|Z|与相位角 θ ；(b)d33与Qm；(c) tanδ 与 εr ；(d)kp与g33；

图9. (a)原位温度依赖性d33及(b)PMS-x陶瓷的变 ƞ 。

图10. PMS-1陶瓷中铁电畴结构的明场透射电子显微镜（TEM）图像（晶区轴：[110]）：(a-e) 180°畴随温度变化的演变；(f-j) 90°畴随温度变化的演变。