Enhanced piezoelectric performance of Cr/Ta non-equivalent co-doped Bi 4Ti 3O 12-based high-temperature piezoceramics

材料科学 居里温度 电阻率和电导率 分析化学(期刊) 价(化学) 陶瓷 兴奋剂 微观结构 矿物学 凝聚态物理 物理 冶金 光电子学 化学 铁磁性 色谱法 量子力学
作者
Xuanyu Chen,Zhijun Ma,Bin Li,Yejing Dai
出处
期刊:Journal of Advanced Ceramics [Springer Nature]
标识
DOI:10.26599/jac.2024.9220850
摘要

In this study, (Cr1/3/Ta2/3) non-equivalent co-doped Bi4Ti3O12 (BIT) ceramics were prepared to solve the problem that high piezoelectric performance, high Curie temperature, and high-temperature resistivity could not be achieved simultaneously in BIT-based ceramics. A series of Bi4Ti3-x(Cr1/3Ta2/3)xO12 (x = 0-0.040) ceramics were synthesized by the solid-state reaction method. The phase structure, microstructure, piezoelectric performance, and conductive mechanism of the samples were systematically investigated. The B-site non-equivalent co-doping strategy combining high-valence Ta5+ and low-valence Cr3+ significantly enhances the electrical properties due to the decrease in oxygen vacancy concentration. Bi4Ti2.97(Cr1/3Ta2/3)0.03O12 ceramic exhibits a high piezoelectric coefficient (d33 = 26 pC×N-1) and a high Curie temperature (TC = 687 ℃). Moreover, a significantly increased resistivity (ρ = 2.8×106 Ω·cm at 500 ℃) and good piezoelectric stability up to 600 ℃ are also obtained for this composition. All the results demonstrate that Cr/Ta co-doped BIT-based ceramics have great potential to be applied in high-temperature piezoelectric applications.

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