通过原位同步X射线衍射技术，揭示了在掺Sm的BiFeO3-PbTiO3陶瓷中，由场诱导的结构相变所导致的巨大电应变效应

《Acta Materialia》：Giant electrostrain via field induced structural transformation in Sm doped BiFeO3-PbTiO3 ceramics revealed by in-situ synchronous X-ray diffraction

　　

Xinzhen Wang|Hareem Zubairi|Robin Sj?kvist|Muhammad Wasim|Xiaojiao Liu|Annette K. Kleppe|Antonio Feteira|Richard Beanland|Ge Wang|Ian M Reaney

摘要

本研究探讨了掺钐铋铁氧体铅钛酸盐（0.55Bi_1-xSm_xFeO₃-0.45PbTiO₃）陶瓷中巨大电应变的结构起源。在初始极化过程中，当x值为0.20（含20%钐）时，该材料出现了极高的初始峰峰值电应变（在60 kV/cm的电压下约为0.5%），这一数值优于相变温度为275°C的基于Pb(Zr,Ti)O₃的陶瓷材料，且其压电系数为276 pC/N，与高性能PZT相当。虽然未极化状态下的20%钐掺杂材料属于宏观伪立方弛豫态，但在外场作用下会发生不可逆的相变，形成四方晶系（c/a比值约为1.115）的铁电相，这一结论通过原位极化同步辐射X射线衍射技术得到验证，透射电子显微镜结果也予以了确认。相变后，四方晶系的畴结构可在交流电场作用下实现可逆切换。定量应变分析表明，结构相变约占总电应变的半数，其余部分则由畴结构切换产生。这些研究结果凸显了外场诱导结构相变在开发高性能压电材料中的重要性。