哈工大在织构压电陶瓷领域取得进展

中国粉体网讯  压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料，已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等。

多晶陶瓷材料中的陶瓷晶粒的取向被认为是随机分布的。然而，在成型和烧结过程中，施加一定的热、力、电、磁等特殊条件，则会引导晶粒沿着某些方向排列或生长，获得晶粒的择优取向，这种现象称为织构。具有这种择优取向的压电陶瓷即织构压电陶瓷。

(a)普通陶瓷；(b)单晶；(c)织构陶瓷微观示意图

织构压电陶瓷可获得尽可能接近单晶的压电系数和机电耦合系数。由于织构压电陶瓷(模板晶粒生长技术)与传统陶瓷(流延法)的制备方法类似，因此，从理论上讲，织构压电陶瓷是可以在获得与单晶类似压电性能的同时，实现低成本、高成分均匀性以及异性和共型制备。近几十年来，织构压电陶瓷体系已经从Bi₄Ti₃O₁₂基铋层状结构和Sr_1–xBa_xNb₂O₆基钨青铜结构的非对称粒子体系拓展到BaTiO₃基、(K,Na)NbO₃(KNN)基和PbTiO₃基钙钛矿相结构的任意形状粒子体系，织构压电陶瓷体系种类得到丰富的同时，织构压电陶瓷的取向度及压电性能也得到了明显的提升。

近日，哈工大以“Performance enhancement of ultrasonic transducer made of textured PNN-PZT ceramic”为题在期刊JOURNAL OF ADVANCED DIELECTRICS上发表论文，研究人员选择与商业PZT-5H陶瓷具有相近居里温度与压电系数的0.36Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃-0.24PbZrO₃-0.40PbTiO₃陶瓷作为基体组分，并通过织构工程制备了PNN-PZT-3BT织构陶瓷。之后使用商业PZT-5H，PNN-PZT无取向陶瓷及PNN-PZT织构陶瓷分别制备了具有经典结构的自发自收型换能器，并对换能器参数进行了对比。

所有结果表明，织构后的陶瓷具有更高的压电系数与机电耦合系数，可以有效提高换能器的灵敏度与带宽，其中更大的压电系数有利于换能器高灵敏度的获得，机电耦合系数的大小直接影响到换能器的带宽。可以预见，低成本织构陶瓷的应用可以显著提升中低端换能器的性能参数，且随着织构陶瓷的进一步发展，有望实现高端换能器中压电单晶的部分替代。

参考来源：

[1]JAD电介质学术交流

[2] 铅基织构压电陶瓷研究进展.硅酸盐学报

（中国粉体网编辑整理/山川）

注：图片非商业用途，存在侵权告知删除