High Temperature‐Insensitive Electrostrain Obtained in (K, Na)NbO3‐Based Lead‐Free Piezoceramics

材料科学 压电 偶极子 大气温度范围 陶瓷 电场 自然键轨道 空位缺陷 温度系数 压电系数 凝聚态物理 复合材料 热力学 密度泛函理论 化学 计算化学 物理 量子力学 有机化学
作者
Huan Liu,Ziqi Yang,Bin Su,Yijin Hao,Tianyi Feng,Bo‐Ping Zhang,Jing‐Feng Li
出处
期刊:Small [Wiley]
被引量:1
标识
DOI:10.1002/smll.202407848
摘要

Abstract Over the last decades, notable progress is achieved in (K, Na)NbO 3 (KNN)‐based lead‐free piezoceramics. However, more studies are conducted to increase its piezoelectric charge coefficient ( d 33 ). For actuator applications, piezoceramics need high electric‐field induced strain under low electric fields while maintaining exceptional temperature stability across a wide temperature range. In this study, this work developes Li/Sb‐codoped KNN (LKNNS) ceramics with high electrostrain by defect engineering and domain engineering. A remarkable strain of 0.43%, along with a giant d 33 * value of 2177 pm V −1 , is attained in the LKNNS ceramic at 20 kV cm −1 . The ceramic exhibits a minimal performance decrease of less than 15% over a temperature range from room temperature to 150 °C. The exceptional strain is attributed to the presence of A‐site vacancy‐oxygen vacancy () defect dipoles and the increase in nano‐domains. The hierarchical domain configuration and defect dipoles impede the switched domains from reverting to their original state as temperature increases, furthermore, the elongated dipole moments of caused by rising temperatures compensate for strain reduction results in exceptional temperature stability. This study provides a model for designing piezoelectric materials with exceptional overall performance under low electric fields and across a wide temperature range.
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