Tailoring the Electromechanical Behavior of Lead-Free Ceramic/Ceramic Composite Ferroelectrics

定制无铅陶瓷/陶瓷复合铁电体的机电行为

基本信息

项目摘要

Perovskite lead-free ferroelectrics have been shown to have promising electromechanical properties that surpass lead-containing PZT. There are, however, certain obstacles that must be overcome before these materials can be implemented in commercial applications, such as the large poling field and significant ferroelectric hysteresis. The largest unipolar strains have been observed in (Bi0.5Na0.5)TiO3 based materials and are understood to be due to an electric-field induced transformation from a macroscopic nonpolar (ergodic relaxor) to a macroscopic polar (ferroelectric) order, which can be modulated thermally or compositionally. Recent work has shown that through microstructural control, i.e., composite structure, the electromechanical properties can be enhanced. There is currently, however, little understanding about how local effects and bulk material properties influence composite ferroelectrics. Therefore, the primary aim of this project is to understand the role of electrical conductivity, interface regions, and local mechanical fields on the macroscopic constitutive behavior of lead-free composite ferroelectrics through a complimentary combination of experimental characterization and simulations.
钙钛矿无铅铁电体已被证明具有超越含铅 PZT 的良好机电性能。然而,在这些材料投入商业应用之前,必须克服某些障碍,例如大的极化场和显着的铁电磁滞。在 (Bi0.5Na0.5)TiO3 基材料中观察到最大的单极应变,并被认为是由于电场诱导从宏观非极性(遍历弛豫)到宏观极性(铁电)有序的转变,这可以进行热调节或成分调节。最近的工作表明,通过微观结构控制,即复合结构,可以增强机电性能。然而,目前人们对局部效应和块体材料特性如何影响复合铁电体知之甚少。因此,该项目的主要目的是通过实验表征和模拟的互补结合,了解电导率、界面区域和局部机械场对无铅复合铁电体宏观本构行为的作用。

项目成果

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Direct observation of the stress-induced domain structure in lead-free (Na1/2Bi1/2)TiO3-based ceramics
  • DOI:
    10.1063/1.5084255
  • 发表时间:
    2019-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Alexander Martin;H. Uršič;T. Rojac;K. Webber
  • 通讯作者:
    Alexander Martin;H. Uršič;T. Rojac;K. Webber
Frequency dependence of the relaxor-to-ferroelectric transition under applied electrical and mechanical fields
  • DOI:
    10.1016/j.jeurceramsoc.2018.12.026
  • 发表时间:
    2019-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Alexander Martin;N. Khansur;K. Riess;K. Webber
  • 通讯作者:
    Alexander Martin;N. Khansur;K. Riess;K. Webber
Investigating the importance of strain-coupling in lead-free 2–2 relaxor/ferroelectric composites with digital image correlation
利用数字图像相关研究无铅 2â2 弛豫/铁电复合材料中应变耦合的重要性
  • DOI:
    10.1088/1361-665x/ac6fa0
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    A Martin;JG Maier;F Streich;M Kamlah;KG Webber
  • 通讯作者:
    KG Webber
Brillouin Spectroscopy Study of the Stress-Induced Ferroelectric Order in Lead-Free Relaxor 0.93(Na1/2Bi1/2)TiO3-0.07BaTiO3 Ceramics
  • DOI:
    10.1016/j.actamat.2022.118218
  • 发表时间:
    2022-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.4
  • 作者:
    Alexander Martin;M. Brehl;N. Khansur;F. Werr;D. de Ligny;K. Webber
  • 通讯作者:
    Alexander Martin;M. Brehl;N. Khansur;F. Werr;D. de Ligny;K. Webber
Electric field-induced changes in the ferroelastic behavior of (Na1/2Bi1/2)TiO3-BaTiO3
  • DOI:
    10.1016/j.jeurceramsoc.2018.06.017
  • 发表时间:
    2018-11-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Martin, Alexander;Khansur, Neamul H.;Webber, Kyle G.
  • 通讯作者:
    Webber, Kyle G.
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