高性能PZT-PMS-PIN压电陶瓷在低电场下的高振动速度特性研究

为解决高功率压电陶瓷在强交流电场下振动速度与耐久性难以兼顾的问题，研究人员开发了新型(0.95-x)Pb(Zr0.48Ti0.52)O3-0.05 Pb(Mn1/3Sb2/3)O3-xPb(In1/2Nb1/2)O3陶瓷体系。通过优化组分（x=0.06），获得d33=440 pC/N、kp=0.64、Qm=1226的协同高性能，在25V/mm电场下实现0.99 m/s振动速度，为超声电机和声呐系统提供关键材料支撑。

　　

这项突破性研究聚焦于提升压电陶瓷在低电场驱动下的振动性能。科研团队巧妙设计了三元系(0.95-x)Pb(Zr_0.48Ti_0.52)O₃-0.05 Pb(Mn_1/3Sb_2/3)O₃-xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃（简称PZT-PMS-PIN）陶瓷体系，通过精确调控组分比例，成功实现了压电系数(d₃₃)、机电耦合系数(k_p)、机械品质因数(Q_m)和居里温度(T_c)的协同优化。

当掺杂量x增至0.06时，材料性能产生质的飞跃：压电响应飙升至440 pC/N，机电耦合效率提升至0.64。更令人振奋的是，在仅25V/mm的交流电场驱动下，该陶瓷展现出1226的高场Q_m值，振动速度达到惊人的0.99 m/s（25℃）和0.89 m/s（120℃），展现出卓越的温度稳定性。这种"低耗高能"的特性突破，为下一代超声电机的心脏部件和深海声呐的换能器设计提供了革命性材料解决方案。