Riesiger piezoelektrischer Spannungskoeffizient in kornorientiertem modifiziertem PbTiO3-Material

Ein rascher Anstieg der Forschung zu piezoelektrischen Sensoren erfolgt mit dem Aufkommen des Internets der Dinge. Einkomponentige oxide piezoelektrische Materialien mit riesigem piezoelektrischen Spannungskoeffizienten (g, induzierte Spannung unter angewandtem Stress) und hoher Curie-Temperatur (Tc) sind entscheidend, um die gewünschte Leistung für Sensoren bereitzustellen, insbesondere unter harten Umweltbedingungen. Hier berichten wir über eine kornorientierte (mit 95 % Textur) modifizierte PbTiO3-Keramik, die eine hohe Tc (364 °C) und ein extrem großes g33 (115 × 10-3 Vm N-1) im Vergleich zu anderen bekannten einkomponentigen Oxidmaterialien aufweist. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Selbstpolarisation aufgrund der Kornorientierung entlang der spontanen Polarisationsrichtung eine wichtige Rolle bei der Erzielung einer großen piezoelektrischen Antwort in einem material mit eingeschränkter Domainbewegung spielt. Die Phasenfeldsimulationen bestätigen, dass der große piezoelektrische Spannungskoeffizient g33 von maximiertem piezoelektrischen Dehnungskoeffizienten d33 und minimaler dielektrischer Permittivität ɛ33 in 001-texturierten PbTiO3-Keramiken herrührt, wo Domainwandbewegungen fehlen.