龚伟平教授团队在高性能压电陶瓷设计及机理研究领域取得重要进展

近日，广东省电子功能材料与器件重点实验室龚伟平教授团队在高性能压电陶瓷设计及机理研究领域取得重要进展，相关成果以论文“Simultaneous enhancement of piezoelectricity and temperature stability in Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃-PbZrO₃-PbTiO₃ piezoelectric ceramics via Sm-modification”发表在《Journal of Advanced Ceramics》（简称JAC）。JAC是陶瓷领域重要期刊，位列Web of Science核心合集 “材料科学，陶瓷”学科31个同类期刊第1名，影响因子18.6。该论文第一单位为惠州学院，第一作者为李凯博士，龚伟平教授以及哈尔滨工业大学边浪博士、哈尔滨师范大学戚旭东博士为共同通讯作者。该研究工作得到了广东省基础与应用基础研究基金项目（2022A1515110498）、中国自然科学基金项目（51672100）等项目支持。

为有效推动高端压电器件的实用性发展需求，不仅要考虑压电材料机电、压电等电学性能参数的优劣，还要保证材料在持续工作下性能参数保持稳定。然而，目前在压电陶瓷中同时实现高压电性能和高温度稳定性依然具有一定的挑战，主要原因在于具有高压电性能的压电陶瓷的相结构组分通常位于准同型相界区域或附近，使得压电陶瓷在相对较低温度处出现铁电相结构转变，该相变会导致陶瓷的电学性能突变而降低压电陶瓷的温度稳定性。鉴于此，龚伟平教授团队提出以相结构位于准同型相界且具有高居里温度的PNN-PZT陶瓷为主体结构，利用小半径离子Sm³⁺掺杂取代PNN-PZT陶瓷复合钙钛矿结构中处于A位的大半径离子Pb²⁺，诱导陶瓷的相结构由多相共存转变为单一的四方相，消除铁电相结构转变，增强陶瓷的温度稳定性；同时减小陶瓷内部局域纳米畴结构，促进本征畴结构极化翻转，并稳定工程畴结构，提升陶瓷的压电性能。本工作可为设计开发综合性能优异的新型压电陶瓷提供新思路。