破译热退极化机理增强铋层状结构压电陶瓷温度稳定性

本文聚焦于铋层状结构压电陶瓷（BLSPs）在高温应用中的热退极化问题。研究背景指出，BLSPs因高居里温度和无铅特性在航空发动机、核反应堆等极端环境监测中具有潜力，但其温度稳定性不足且热去极化机制不明。研究目的旨在揭示热退极化机理并开发提升温度稳定性的策略。通过设计热处理实验与多尺度结构表征，发现低温段（300℃以下）氧空位随机迁移破坏界面极化，高温段（300-500℃）微畴不可控合并，二者共同导致性能衰减。基于此，提出通过构建缺陷偶极子调控氧空位迁移并钉扎畴壁的通用策略，在Ca0.94Bi4.06Ti4O15-0.2wt% MnO2陶瓷中实现25-500℃内压电系数d33变化率低于10%，500℃退火2400h后仅衰减3.2%。制成的压电振动传感器在25-500℃宽温域内电荷灵敏度偏差仅8.7%。结论表明，该研究建立了BLSPs温度稳定性与结构的构效关系，为设计高温压电陶瓷提供了重要理论依据。