局域晶格畸变驱动0.9Pb(Yb,Nb)O3-0.1Pb(Hf,Ti)O3陶瓷的压电性能与热稳定性协同提升机制研究

本研究针对铅基陶瓷中"高压电性(d33)与低居里温度(Tc)"的固有矛盾，通过原子尺度晶格工程在PYN-PHT体系中构建局域异质区域，实现压电系数(d33=592 pC/N)提升30%的同时仅使Tc降低2.5%，突破性地解决了压电响应与热稳定性的权衡难题，为宽温域高性能压电器件设计提供新范式。

　　

在电子器件微型化与智能化的时代背景下，压电材料作为实现机电能量转换的核心功能材料，其性能直接决定着超声医疗、卫星姿态控制等高端装备的精度与可靠性。然而传统铅基压电陶瓷面临着一个难以调和的矛盾：通过降低相变能垒虽然能获得高压电系数(d₃₃)，但会加剧材料对温度变化的敏感性，这种"高压电性-低热稳定性"的负相关关系严重制约了材料在极端环境下的应用。西安电子科技大学的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表的研究中，创新性地提出通过局域晶格畸变(LLD)工程调控PYN-PHT体系，成功打破了这一性能桎梏。

研究采用固态合成法与密度泛函理论(DFT)计算相结合的策略，通过Li⁺/Mo⁶⁺共掺杂在原子尺度构建氧八面体位点的选择性畸变。X射线衍射与显微结构分析确认了材料纯钙钛矿相的形成，介电温谱与压电测试系统评估了宏观性能，结合第一性原理计算揭示了微观机制。

【Samples preparation】
采用传统氧化物混合法制备PYN-PHT-x(Li⁺+Mo⁶⁺)系列陶瓷(x=0-1.6)，通过YbNbO₄前驱体合成确保组分均匀性。

【Results and discussion】
XRD分析显示所有样品均形成纯钙钛矿相，在x=0.8时出现(200)/(002)峰分裂与合并共存现象，证实菱方-四方(R-T)相界形成。Li⁺取代Pb²⁺位点引发A位空位，Mo⁶⁺取代B位离子导致氧八面体收缩，协同产生局域异质应变场。最优组分PYN-PHT-0.8(Li⁺+Mo⁶⁺)展现592 pC/N的d₃₃值，较基准材料提升30%，同时保持343.1℃的高T_c。温度稳定性测试显示在室温-300℃范围内d₃₃波动仅4.7%，远优于常规材料10-30%的波动幅度。

【Conclusion】
该研究通过精确调控局域朗道势能面，实现了极化旋转与热力学稳定的动态平衡。氧八面体位点的选择性畸变不仅降低了晶体对称性促进极化翻转，同时通过缺陷偶极子稳定了畴结构。这种"晶格畸变-硬化效应"协同策略为设计宽温域稳定工作的压电材料提供了新思路，其揭示的原子尺度构效关系对多功能铁电材料开发具有普适指导意义。