铅-free BNT基 piezoelectric 材料的相场热电力学模型

近年来，铋钠�锗钛酸盐 (BNT) 及其基 piezoelectric 材料在无铅 piezoelectric 技术中展现出巨大的潜力。这些材料的复杂相结构对其热电力学行为至关重要。纯 BNT 在室温下具有菱方 (R3c) 晶格结构。当温度升至200℃时，由于八面体倾斜，相转变为正交相 (Pnma)，此转变称为去极化温度 ($T_{d}$)。R3c 相的铁电域具有更高的自发极化，随温度升高而减小，至 $T_{d}$ 时达到局部最小值，引发相变。此外，BNT 在320℃时从 Pnma 转变为 P4bm，在520℃时从 P4bm 转变为 Pm3m。这些转变也导致自发极化的变化。因此，随着温度和电力学耦合关系而进行域切换和相变动力学的研究变得尤为重要。本文将探讨不同温度条件下的相 regime 及其激活情况，以提高这些材料在传感器、执行器、能量收集器和触觉技术中的应用。将微 sized BNT 掺杂体浸入聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 以代表实际场景。已构建二维相场热电力学计算模型，用于探讨 BNT-PDMS 复合材料在不同温度下的复杂相转变和域切换行为。该模型基于范德利-金斯伯格和热电力学自由能，以准确模拟相变和域切换。来自纯 BNT 实验数据验证了模型的有效性。它能够预测不同相 regime 下的热电力学响应以及温度诱导的相共存现象。