无铅压电陶瓷传感器在可持续和智能应用中的综述

铅锆钛酸盐（PZT）长期以来被视为压电传感器的黄金标准材料，因其卓越的压电性能（d 33 = 500–600 pC/N）及良好的工业可扩展性。然而，其环境毒性、有限的机械柔韧性和在极端条件下的不稳定性，使其不太适合用于可穿戴电子设备、生物医学植入物和高温传感。这些局限性促使对无铅陶瓷压电材料的开发展开了积极努力，作为更可持续和多功能的替代品。该领域的最新进展强调了无铅系统与传统PZT基设备相媲美甚至超越的潜力。本综述系统地探讨了无铅压电材料的最新进展，重点关注两个主要方向：配方替代成分，如钾钠铌酸盐（KNN）和铋钠钛酸盐（BNT），旨在实现可比的性能指标，以及开发提供更高灵敏度、更广工作温度范围和机械适应性的智能传感系统。本综述不仅关注替代有毒成分，而是提出一个多维度评估框架，认为压电系数、介电性质和机械合规性同样是关键参数。此外，还讨论了人工智能（AI）的整合作为加速高性能无铅化合物发现和优化的新工具。展望未来，预计该领域将朝着实现用于自供电系统、恶劣环境和先进能量收集技术的智能、灵活和多功能传感平台迈进，标志着向可持续压电器件创新的重要转变。