高温无铅钡铁氧体的体_bulk 铁锆异构结构
材料科学
2025-07-15 v1
摘要
对价态和晶格失配的精妙利用可在铁锆氧化物的异构结构中产生超出经典预期的物理效应，如二维电子气和极化天-skyrmions。然而，这些界面特性和功能的广泛应用受到薄层结构和铁锆薄膜沉积必需的底层匹配晶格的限制。本文报道了一种从底部构建具有周期性组成波动（8 nm波长）的体bulk 铁锆异构结构（BFH）的方法，通过阳离子扩散实现元素分区，为在bulk 材料中探索异构薄膜的新特性提供了机会。所述的单体BiFeO3-BaTiO3 BFH陶瓷与其薄膜异构结构 counterpart 拥有共同特征，这有助于控制和稳定铁锆极化沿方向，以及显著提升介电常数 Tc 和功能。BFH陶瓷实现了最高可达824°C的纪录 Tc值，以及 piezoelectric 系数 d33 = 115 pC N-1，与其他钽酸盐或非钽酸盐固溶体相比，为新兴的高温 piezoelectric 传感、致动和能源转换应用提供了可持续解决方案。通过在不同的机械边界条件下制备BFH陶瓷，实现了不同类型的A位阳离子分区区域以及不同的铁锆有序。该形成机制为控制BFH陶瓷中局部铁锆有序和域稳定性提供了前所未有的控制，并为探索超出bulk 铁锆体和薄膜异构结构可实现的新型功能指明了道路。
引用
@article{arxiv.2507.09673,
title = {Bulk Ferroelectric Heterostructures for High Temperature Lead-Free Piezoelectrics},
author = {Yizhe Li and Ziqi Yang and Ying Chen and Zhenbo Zhang and YunLong Tang and Matthew Smith and Matthew Lindley and Xuezhen Cao and David G. Hopkinson and Andrew J. Bell and Steven J. Milne and Antonio Feteira and Sarah J. Haigh and Alexander S. Eggeman and Juncheng Pan and Jiajun Shi and David A. Hall},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.09673},
year = {2025}
}