Deciphering the role of A-site ions of AZrO3-type dopants in (K, Na)NbO3 ceramics

电负性 材料科学 掺杂剂 正交晶系 四方晶系 离子半径 离子 铁电性 化学物理 相变 陶瓷 相(物质) 晶体结构 兴奋剂 凝聚态物理 结晶学 电介质 光电子学 复合材料 化学 物理 有机化学
作者
Xin Wang,Xiang Lv,Yinchang Ma,Xixiang Zhang,Jing Wang,Jiagang Wu
出处
期刊:Acta Materialia [Elsevier BV]
卷期号:254: 118997-118997 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.actamat.2023.118997
摘要

As one of the most important lead-free piezoelectric candidates, potassium sodium niobate [(K, Na)NbO3, KNN] has gained popularity due to its attractive functional properties, which are much improved by chemical modifications. However, there still remains an insufficient understanding of how these dopants influence the structure and performance of KNN ceramics. Herein, we comparatively studied a series of changes triggered by introducing (Bi0.5Na0.5)ZrO3, BaZrO3, and PbZrO3 into the KNN matrix. The analysis highlights their different roles in modulating the orthorhombic-tetragonal phase transition temperature (TO-T) by considering discrepancies in the electronegativity and radius among Bi3+, Ba2+, and Pb2+ ions. The synergistic effects of the large electronegativity and the small radius of the Bi3+ ion are the key to regulating TO-T, which is relatively unaffected by Pb2+ and Ba2+ ions. Based on experimental results and first-principles calculations, a multi-scale model is proposed to summary the general law of how the electronegativity and radius of the A-site ion in AZrO3-type dopants synergistically affect the phase structure, ferroelectric domains, and electrical properties of KNN ceramics. Therefore, this work helps understand the role of chemical dopants in the structure and performance of KNN ceramics and promote the future composition design for high performance.
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