成都大(dà)學科研人(rén)員(yuán)在Aurivillius相超高(gāo)溫壓電陶瓷的(de)研究方面取得(de)新進展

随著(zhe)現代科學技術的(de)快(kuài)速發展，高(gāo)溫環境下(xià)的(de)位移驅動、超聲波檢測、振動測量和(hé)能量采集的(de)應用(yòng)越來(lái)越廣泛。例如汽車内燃機燃油電噴系統使用(yòng)的(de)多(duō)層壓電驅動器、深地石油開采測井用(yòng)的(de)壓電超聲換能器，核反應堆一回路管道中使用(yòng)的(de)壓電超聲波定位探測器等，都必須選用(yòng)至少可(kě)耐受260 ℃高(gāo)溫的(de)壓電材料，這(zhè)樣才能保證壓電器件可(kě)在較寬溫度範圍内正常工作。尤其是在航空航天領域，大(dà)型航空發動機和(hé)航天推進器關鍵部位的(de)狀态監測與故障診斷系統的(de)核心部件即是能耐受482 ℃甚至是649 ℃高(gāo)溫的(de)壓電加速度傳感器。

壓電材料是壓電器件的(de)核心。其中Aurivilius相化(huà)合物(wù)是高(gāo)溫壓電材料的(de)。這(zhè)一類化(huà)合物(wù)的(de)晶體由類螢石結構的(de)铋氧層（[Bi₂O₂]²⁺）和(hé)類鈣钛礦結構的(de)（[A_m-1B_mO_3m+1]^2-）層沿c軸方向有規律地相互交替排列而成，類鈣钛礦結構中A位的(de)Bi原子相對(duì)于氧八面體鏈沿a軸的(de)偏離使得(de)晶胞形成自發極化(huà)。因此，它們也(yě)被稱作铋層狀結構鐵電體（BLSFs）。高(gāo)靈敏度、高(gāo)工作溫度、高(gāo)穩定性壓電器件需要壓電材料具有高(gāo)壓電系數（d₃₃）、高(gāo)居裏溫度（T_C）、高(gāo)電阻率（ρ）以及良好的(de)熱(rè)穩定性（抗熱(rè)退極化(huà)、介電常數的(de)溫度系數等）。對(duì)BLSFs的(de)摻雜(zá)改性往往又很難兼顧其T_C的(de)穩定和(hé)d₃₃的(de)提升，特别是通(tōng)常的(de)施主摻雜(zá)提升材料的(de)電阻率後，又很難保持其良好的(de)熱(rè)穩定性。

铌酸钛铋（Bi₃TiNbO₉，簡稱BTN）由一層铋氧層（[Bi₂O₂]²⁺）和(hé)兩層類鈣钛礦層（[BiTiNbO₇]^2-）沿c軸交錯間隔構成，因爲其具有很高(gāo)的(de)居裏溫度（T_C=914 ℃），有望應用(yòng)于工作溫度高(gāo)于482 ℃的(de)超高(gāo)溫壓電器件之中。但純BTN陶瓷表現出極低的(de)壓電性能（d₃₃~3 pC/N）和(hé)很低的(de)高(gāo)溫電阻率（600 ℃下(xià)，往往隻有10³ Ω·cm數量級），熱(rè)穩定性也(yě)很不理(lǐ)想。這(zhè)些缺點大(dà)大(dà)地限制了(le)其在高(gāo)溫環境下(xià)的(de)實際應用(yòng)。