科学网—泰国清迈大学等：通过电致伸缩介导的可逆相变打破B位工程化BNKT基陶瓷的应变-对称性权衡-清华大学出版社学术期刊的博文
精选
已有 270 次阅读
2026-7-3 10:07
| 个人分类: JAC | 系统分类: 论文交流
原文出自 Journal of Advanced Ceramics ( 先进陶瓷 ) 期刊
Cite this article:
Butnoi P, Manotham S, Saenkam K, et al. Breaking the strain–symmetry trade-off via electrostriction-mediated reversible phase transition in B-site-engineered BNKT based ceramics. Journal of Advanced Ceramics , 2026, https://doi.org/10.26599/JAC.2026.9221335
文章 DOI ： 10.26599/JAC.2026.9221335
ResearchGate ： Breaking the strain – symmetry trade-off via electrostriction-mediated reversible phase transition in B-site-engineered BNKT based ceramics
一、 导读
无铅压电陶瓷作为铅基材料的环境友好型替代品已引起广泛关注。然而，同时实现大的电场诱导应变和高应变对称性仍然困难，因为巨大的应变通常伴随着不可逆的极化翻转和明显的滞回。本工作将 Zr 引入 BNKT 陶瓷的 B 位以调控晶体结构和极化行为。适量的 Zr 取代促进了晶格软化，并伴随菱方（ R3c ）和四方弛豫（ P4bm ）相的共存，导致更平坦的自由能景观和电场下更可逆的极化。结果表明，优化组分表现出约 0.52% 的大双极应变、高归一化应变系数（ d~33~* ≈ 867 pm/V ）和高电致伸缩系数（ Q~33~ ≈ 0.055 m⁴/C² ），同时保持了近乎对称的应变响应。结果表明，电致伸缩介导的可逆极化在增强的机电性能中起主导作用。本研究为提高 BNKT 基无铅压电陶瓷的性能提供了一种简单有效的策略，并为开发高性能压电致动器提供了有益指导。
二、 研究背景
无铅压电陶瓷作为致动器、传感器和精密机电设备中传统铅基材料的替代品正在积极开发中。在现有候选材料中， BNKT 基陶瓷因其大的电场诱导应变而备受关注。然而，提高应变性能通常会导致应变对称性变差和滞回增加，这会降低尺寸稳定性并限制实际应用。
以往研究主要集中在通过组分改性来提高应变性能，而对晶体结构、极化行为与应变对称性之间关系的关注较少。本工作采用 B 位 Zr 取代来调控 BNKT 陶瓷的相结构和极化响应，旨在阐明结构演化如何影响机电响应，并找到一条同时实现大应变和高应变对称性的有效途径。
三、文章亮点
1 ） B 位 Zr 工程在 BNKT 基无铅陶瓷中诱导晶格软化并调控相组成。 2 ）优化组分实现了大电致应变（ ~0.52% ），并具有近乎对称的双极应变响应。 3 ）高电致伸缩系数（ Q₃₃ ≈ 0.055 m⁴ C⁻² ）证明了以电致伸缩为主的应变行为。 4 ） R3c-P4bm 相共存平坦化了自由能景观并促进了可逆极化。 5 ）将晶格软化与相共存相结合，为增强无铅压电陶瓷中的可逆电致应变提供了一种有效策略。
四、研究结果及结论
制备了一系列 Zr 改性的 BNKT 陶瓷，以研究 B 位取代对晶体结构和机电行为的影响。使用 XRD 、 Rietveld 精修、拉曼光谱、 FTIR 、 TEM 和 XPS 进行的结构分析表明，随着 Zr 含量的增加，四方弛豫 P4bm 相的比例逐渐增加，同时保留与菱方 R3c 相的共存，从而逐步改变了相组成。这些结构变化伴随着晶格软化和更平坦的自由能景观，使得极化在施加电场下更具可逆性。
电学测量表明， x = 0.015 的组分表现出最佳的综合机电性能，双极应变约为 0.52% ，归一化应变系数约为 867 pm/V 。 x = 0.025 的组分表现出最高的电致伸缩系数（ Q~33~ ≈ 0.055 m⁴/C² ），表明随着弛豫特性增强，电致伸缩的贡献增加。剩余极化和矫顽场的降低进一步表明，在优化组分中，可逆极化比不可逆畴切换发挥了更重要的作用。
基于所获得的结果，控制晶格柔软度以及 R3c-P4bm 相平衡可促进电致伸缩介导的可逆极化，为在 BNKT 基无铅陶瓷中实现大的、近乎对称的电致应变提供了一种有效策略。该策略也可能适用于其他无铅弛豫铁电体系。
五、作者及研究团队简介
Gobwute Rujijanagul 教授
泰国清迈大学（ Chiang Mai University ）
邮箱 ： gobwute.ruji@cmu.ac.th
个人简介： Gobwute Rujijanagul 教授是先进功能陶瓷领域的专家。他的研究主要集中在无铅压电陶瓷、铁电材料、电子陶瓷、介电材料以及功能氧化物陶瓷的结构 - 性能关系方面。他的研究团队致力于通过组分设计、相工程和缺陷调控来开发环境友好的压电材料，应用于致动器、传感器及其他先进机电设备。
研究兴趣： 先进功能陶瓷的设计、制备及结构 - 性能关系，重点研究无铅压电陶瓷、铁电材料、电子陶瓷、缺陷工程及多功能氧化物材料。
邮箱： gobwute.ruji@cmu.ac.th
ORCID ： 0000-0002-8356-8915
副教授 Pichitchai Butnoi 博士
泰国拉贾曼加拉理工大学（ Rajamangala University of Technology ）
邮箱 ： pichitchai.b@mail.rmutk.ac.th
副教授 Supalak Manotham 博士
泰国拉贾曼加拉理工大学
邮箱： supalak.m@mail.rmutk.ac.th
Kamonporn Saenkam 博士
泰国清迈大学
邮箱： k.saenkam@gmail.com
Waraporn Boontakam 女士
泰国清迈大学
邮箱： Waraporn.boontakam@gmail.com
副教授 Chatchai Kruea-In 博士
泰国清迈皇家大学（ Chiang Mai Rajabhat University ）
邮箱： chatchai.krue@gmail.com
Thapanee Srichumpong 博士
泰 国清迈大学
邮箱： thapanee.sr@cmu.ac.th
副教授 Kamonpan Pengpat 博士
泰国清迈大学
邮箱： kamonpan.p@cmu.ac.th
副教授 Chamnan Randorn 博士
泰国清迈大学
邮箱： crandorn@gmail.com
副教授 Thanatep Phatungthane 博士
泰国那空帕农大学（ Nakhon Phanom University ）
邮箱： p_thanatep@yahoo.com
《先进陶瓷（英文）》（ Journal of Advanced Ceramics ） 期刊简介
《先进陶瓷（英文）》于 2012 年创刊， 清华大学 主办， 清华大学出版社 出版， 清华大学新型陶瓷材料全国重点实验室 提供学术支持，创刊主编为中国工程院院士、清华大学李龙土教授，主编为中国科学院院士、清华大学林元华教授、苏州国家实验室周延春教授、广东工业大学林华泰教授和哈尔滨工业大学张幸红教授。该刊主要发表先进陶瓷领域的高质量原创性研究和综述类学术论文，涉及先进陶瓷的制备、结构表征、性能评价的各个细节，尤其侧重新材料研制和先进陶瓷基础科学研究等重要方面，致力于在世界先进陶瓷领域搭建学术交流平台，引领和促进先进陶瓷学科的发展。已被 SCIE 、 Ei Compendex 、 Scopus 、 DOAJ 、 CSCD 等数据库收录。现为月刊， 2025 年发文量为 202 篇； 2026 年 6 月发布的影响因子为 14 ，连续 6 年位列 Web of Science 核心合集“材料科学，陶瓷”学科 34 种同类期刊第 1 名； 2024 年 11 月入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”英文领军期刊项目； 2025 年入选中国科学院文献情报中心期刊分区表材料科学 1 区 Top 期刊。 2023 年起，本刊结束与国际出版商的合作，改由清华大学出版社自主研发、拥有自主知识产权的科技期刊国际化数字出版平台 SciOpen 独家发布，标志着该刊结束多年来“借船出海”的办刊模式，回归本土独立运营，也是我国优质英文期刊中最早回归国产平台的期刊之一。
期刊主页： https://www.sciopen.com/journal/2226-4108
投稿地址： https://mc03.manuscriptcentral.com/jacer
期刊 ResearchGate 主页： https://www.researchgate.net/journal/Journal-of-Advanced-Ceramics-2227-8508
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自清华大学出版社学术期刊科学网博客。 链接地址： https://blog.sciencenet.cn/blog-3534092-1542051.html
上一篇： 华侨大学支婉欣/张宝杰/马琛等：反射-散射-隔热协同增强莫来石纤维气凝胶激光防护性能 欢迎参加科学网十佳博文评选活动！ 主办单位： 
支持单位： 