铅基织构压电陶瓷的发展历程、现状与挑战

吴杰1,2, 杨帅1, 王明文1, 李景雷1, 李纯纯1, 李飞1(1.西安交通大学 电子科学与工程学院, 电子陶瓷与器件教育部重点实验室; 2.西安工业大学 材料与化工学院, 陕西省光电功能材料与器件重点实验室)

摘要: 压电材料是一种重要的信息功能材料, 能够实现机械能与电能之间的相互转化。近年来, 织构压电陶瓷技术已经成为研发新一代高性能压电材料的重要途径。通过调控晶粒的取向排布, 织构压电陶瓷表现出类似压电单晶的优异压电性能和机电性能, 并具有良好的温度稳定性。同时, 作为多晶陶瓷, 织构陶瓷保留了传统陶瓷材料的制备加工简单、机械性能良好及适用共型异形等优点。本文围绕钛酸铅(PbTiO3, PT)基压电材料体系, 从织构压电陶瓷制备技术、织构用籽晶模板以及织构压电陶瓷技术的发展历程和研究现状等方面, 对相关研究结果进行系统梳理,总结织构压电陶瓷技术优势。在此基础上, 分析了铅基织构压电陶瓷的模板筛选理论、织构陶瓷微观结构和宏观性能之间的构效关系, 以及基于织构压电陶瓷的压电器件开发等方面存在的科学难题和未来挑战。本文旨在全面介绍织构压电陶瓷技术和理论, 帮助研究者深入认识织构压电陶瓷技术, 推动高性能压电陶瓷研发和制备技术发展,进而助力我国高端压电器件的创新和跨越发展。

关键词: 织构陶瓷; 铅基压电材料; 模板籽晶生长法; 片状微晶模板; 综述