Enhanced piezoelectric properties and depolarization temperature in textured (Bi0.5Na0.5)TiO3-based ceramics via homoepitaxial templated grain growth

材料科学 压电 压电系数 陶瓷 各向异性 晶粒生长 微观结构 极化(电化学) 铁电性 复合材料 大气温度范围 温度系数 矿物学 光电子学 电介质 光学 热力学 物理 物理化学 化学
作者
Yaqing Ma,Linjing Liu,Hang Xie,Zerui Zhang,Qiangwei Kou,Rui Lv,Bin Yang,Yunfei Chang,Fei Li
出处
期刊:Journal of Materials Science & Technology [Elsevier BV]
卷期号:176: 91-98 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.jmst.2023.08.027
摘要

Enhanced piezoelectric response was usually achieved in (Bi0.5Na0.5)TiO3 (BNT)-based ceramics with sacrifice of depolarization temperature Td, seriously limiting their usage range in electromechanical applications. In this work, we propose to explore piezoelectric anisotropy and domain engineering in composition & microstructure-controlled textured ceramics to resolve this issue. [001]c-textured 0.94(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.06BaTiO3 (0.94BNT-0.06BT) ceramics with Lotgering factor F001∼91% were fabricated through homoepitaxial templated grain growth (TGG) via using 0.94BNT-0.06BT microplatelet templates. The textured samples exhibited more ordered domains with facilitated domain switching behavior, being consistent with saturated high polarization achieved at lower electric fields. Increasing F001 to above 60% enables rapid enhancement of piezoelectric response. Notably, compared to non-textured counterpart, the maximally textured ceramics exhibited ∼236% enhanced piezoelectric coefficient (d33∼302 pC/N) and ∼280% enhanced piezoelectric voltage coefficient (g33∼49.8 × 10−3 Vm/N), together with slightly increased depolarization temperature (Td∼106 °C). Moreover, those values are approaching or even higher than the single-crystal values. This work not only provides important guidelines for design and synthesis of novel textured ceramics with improved comprehensive electrical properties, but also can expand application fields of BNT-based ceramics.
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