Piezoelectric Actuation Mechanism Involving Extrinsic Nanodomain Dynamics in Lead‐Free Piezoelectrics

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作者
Sangwook Kim,Ryuki Miyauchi,Yukio Sato,Hyunwook Nam,Ichiro Fujii,Shintaro Ueno,Yoshihiro Kuroiwa,Satoshi Wada
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (11): e2208717-e2208717 被引量:32
标识
DOI:10.1002/adma.202208717
摘要

Abstract Piezoelectric materials play a key role in applications, while there are physically open questions. The physical origin of piezoelectricity is understood as the sum of contributions from intrinsic effects on lattice dynamics and those from extrinsic effects on ferroic‐domain dynamics, but there is an incomplete understanding that all but intrinsic effects are classified as extrinsic effects. Therefore, the accurate classification of extrinsic effects is important for understanding the physical origin of piezoelectricity. In this work, high‐energy synchrotron radiation X‐ray diffraction is utilized to measure the response of BiFeO 3 −BaTiO 3 piezoelectrics and the intrinsic/extrinsic contribution to electric fields. It is found from crystal structure and intrinsic/extrinsic contribution, using the analysis involving structure refinement with various structural model and micromechanics‐based calculations, that Bi 3+ ‐ion disordering is important for realization of piezoelectricity and nanodomains. Here, an extrinsic effect on the rearrangement of nanodomains is suggested. The nanodomains, which are formed by the locally distorted structure around the A‐site by Bi‐ion disordering, can significantly deform the material in the BiFeO 3 −BaTiO 3 system, which contributes to the piezoelectric actuation mechanism apart from the extrinsic effect on ferroic‐domain dynamics. Bi‐ion disordering plays an important role in realizing piezoelectricity and nanodomains and can provide essential material design clues to develop next‐generation Bi‐based lead‐free piezoelectric ceramics.
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