协同策略优化BiFeO3-BaTiO3基陶瓷：实现卓越压电与磁电性能突破

本文通过NaNbO3掺杂诱导铁电相变（R→T）和调控弛豫特性，在BF-BT-xNN陶瓷中构建宏-纳米畴共存结构，同步提升压电性能（d33=191 pC/N，TC=520°C）与磁电响应（~1 V/(cm·Oe)），为磁-机-电集成器件提供高性能单相磁电材料解决方案。

　　

Section snippets

Experimental method

本研究通过高温固相反应法成功合成(0.725-x)BiFeO₃-0.275BaTiO₃-xNaNbO₃（简称BF-BT-xNN，x=0-0.0125）陶瓷体系。该组分（0.725BiFeO₃-0.275BaTiO₃）位于准同型相界（MPB）附近，NaNbO₃掺杂可进一步调控相结构和弛豫行为。原料包括Bi₂O₃（99.0%）、Fe₂O₃（99.0%）等（具体供应商信息略），经球磨、煅烧、成型与烧结工艺制备致密陶瓷样品。

Result and Discussion

研究磁电耦合特性时，观测材料铁磁性与压电性变化至关重要。图1(a)显示不同组分的室温磁滞（M-H）回线，剩余磁化强度随NN掺杂量先增后降（详见图S2(a)）。这种现象与NaNbO₃破坏BF-BT体系中螺旋磁结构并诱导弱铁磁性密切相关。同时，压电性能在x=0.0075时达到峰值（d₃₃=191 pC/N），源于R-T相界处畴尺寸精细化与弛豫特性协同效应。

Conclusion

本研究通过固相反应法制备BF-BT-xNN陶瓷，NN掺杂诱导菱方相（R）向四方相（T）转变，有效调控弛豫特性与铁电畴尺寸。BF-BT-0.0075NN陶瓷展现出优异性能：高压电性（d₃₃=191 pC/N, T_C=520°C）和显著增强的室温磁电响应（~1 V/(cm·Oe)），为磁-机-电集成器件提供理想材料平台。