Modified Re‐Entrant‐Like (K, Na)NbO3‐Based Relaxors with Superior Electrostrain Properties

材料科学 自然键轨道 结晶学 纳米技术 计算化学 密度泛函理论 化学
作者
Xin Wang,Xixi Sun,Yuxuan Yang,Xiaodong Hao,Xiang Lv,Yang Zhang,Yinchang Ma,Xi‐xiang Zhang,Haijun Wu,Jiagang Wu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202406154
摘要

Abstract Piezoceramics with large strain output, low hysteresis, and wide operation temperature are indispensable for the high‐end displacement control. Unfortunately, requiring these merits simultaneously remains a long‐standing challenge for lead‐free piezoceramics promising for replacing lead‐based ones. Herein a new strategy to resolve this challenge by developing modified re‐entrant‐like potassium sodium niobate ((K, Na)NbO 3 , KNN) relaxors is presented. Multi‐scale structural analysis reveals the presence of the significant local disorder, nano‐sized multi‐phase coexistence, and ultra‐fine grains, which facilitate the polarization rotation, effectively eliminate non‐180° domains, and erase polymorphic phase transition features in re‐entrant‐like KNN relaxors. Consequently, a combination of large strain (≈0.19%), ultra‐low hysteresis (<7%), high electrostriction coefficient ( Q 33 = 0.049 m 4 C −2 ), and benign temperature stability (i.e., strain varies less than 10.6% within 30–120 °C) is realized, superior to other lead‐free relaxors. Therefore, this strategy provides a novel paradigm for designing high‐performance lead‐free piezoceramics used for high‐precision actuators.
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