Intrinsic piezoelectricity of PZT
本研究通过在不锈钢上生长c轴取向PZT晶体，测量了MPB附近的本征压电和铁电性质，发现其本征压电系数远小于陶瓷值，证明大压电响应主要由非本征效应驱动。
2024-08-23 cond-mat.mtrl-sci
Hardening-softening transition in Fe-doped Pb(Zr,Ti)O3 ceramics and evolution of the third harmonic of the polarization response
它示出的第三谐波的偏振响应（δ 3）的相位角是非常敏感的硬，铁掺杂的锆钛酸铅[Pb（Zr，Ti）O3或PZT]陶瓷的老化状态，因此可以提供丰富的信息负责在硬铁电体老化的过程。当硬PZT陶瓷经历硬化（老化状态）-软化（去老化状态）转变时，δ 3在子开关场变化约90度，在开关条件下变化约180度。δ 3随时间、温度和电场幅值的演化表明，至少有两种电荷迁移机制，一种是短程的，一种是长程的，可能参与了去时效过程。
2008-06-25 cond-mat.mtrl-sci
The Observation of Ferroelastic and Ferrielectric Domains in AgNbO3 Single Crystal
与AgNbO_3基陶瓷相比，对AgNbO_3单晶的实验研究，特别是对它的基态和铁电畴结构的研究，还处于一个不相同的水平。本文在助熔剂法成功合成AgNbO 3单晶的基础上，利用偏振光显微镜和压电响应力显微镜相结合的方法，观察到了铁弹畴和铁电畴共存的现象，这一发现为AgNbO 3的研究提供了一个新的视角。结果还表明，从铁电相的AgNbO3，这也是由透射电子显微镜表征支持的弱机电响应。结果表明，AgNbO 3单晶在室温下为铁电相，澄清了其基态与AgNbO 3陶瓷材料之间存在的争议。
2021-03-05 cond-mat.mtrl-sci
The Effect of Electrical Boundary Conditions on the Thermal Properties of Ferroelectric Piezoelectric Ceramics
根据电学边界条件和极化方法，研究了多晶PZT（锆钛酸铅）块体材料的热导率。在开路和短路条件下，在极化方向上测量极化PZT的热导率。短路导热系数最大。这两个热性能之间的关系，即热耦合系数$k_{33}^κ$，被认为是类似的机电耦合系数$k_{33}$相关的弹性顺应性下短路和开路条件。未极化样品的热导率被发现具有最低的热导率。讨论了热导率对声子模散射和弹性柔度的影响。
2016-05-16 cond-mat.mtrl-sci
A Raman Investigation of PbZr0.94Ti0.06O3 Ceramics Under High-Pressures
本文研究了PbZr（0.94}Ti（0.06）O_3的Raman光谱随流体静压的变化。新的结构相的基础上进行的PZT系统在室温和高压下具有不同的Ti浓度以前的工作进行了鉴定。结果表明，PbZr（0.94}Ti（0.06}O3）在3.7 GPa压力下呈现丰富的相序：菱方（LT）{0.3 GPa}正交（I）{2.9 GPa}正交（I '）。这一顺序不同于PbZr（0.90）Ti（0.10）O3的顺序，表明富锆PZT体系的浓度-压力相图是一个非常有趣的现象。
1999-05-26 cond-mat.mtrl-sci
High piezoelectric sensitivity and hydrostatic figures of merit in unidirectional porous ferroelectric ceramics fabricated by freeze casting
采用冰模板法制备了具有定向孔隙率的高性能锆钛酸铅（PZT）陶瓷传感器。为了证明这些材料的增强性能和传感器和水听器应用的潜力，压电电压常数，流体静力学参数和AC电导率作为平行和垂直于冻结温度梯度的方向上的孔隙率的函数进行了研究。随着孔隙率水平的增加，PZT极化平行于冻结方向表现出最高的系数，和流体静力学品质因数相比，致密和PZT极化垂直于冻结方向。这项工作表明，通过冷冻铸造生产的具有对齐孔的压电陶瓷是一系列传感器应用的有前途的候选者，并且相对于冷冻方向的偏振取向可以用于定制传感器和流体静力学换能器应用的微观结构和优化灵敏度。
2019-02-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Role of charged defects on the electrical and electro-mechanical properties of rhombohedral Pb(Zr,Ti)O3 with oxygen octahedra tilts
氧八面体倾斜是钙钛矿中常见的结构现象，并且已经成为深入研究的主题，特别是在菱面体Pb（Zr，Ti）O3（PZT）中。早期的研究表明，倾斜八面体对PZT陶瓷的电畴转换行为、介电和压电性能有很大的影响。然而，在一种类似的方式提出的倾斜，带电的缺陷，与氧空位，也可能会抑制畴壁的运动，导致宏观上在捏磁滞回线和降低压电响应。在这里，我们回顾了早期的研究菱面体PZT陶瓷与倾斜八面体考虑可能的作用，倾斜和带电缺陷畴壁运动。我们发现，所观察到的捏滞回线可能与存在的缺陷复合物含有带电的氧空位，而不是倾斜，在某些情况下建议。无论是否存在长程有序倾斜菱面体PZT，带电缺陷的影响也是突出的弱场介电常数和压电性能，特别是在亚赫兹驱动条件下的电导率，相关的运动的氧空位，引起强的频率色散。
2016-01-31 cond-mat.mtrl-sci
High-pressure neutron study of the morphotropic PZT: phase transitions in a two-phase system
在压电陶瓷中，相边界附近的相稳定性随应力和温度的变化起着核心作用。本研究致力于经典的压电，锆钛酸铅（PZT）陶瓷的组成Pb（Zr $_{0.54}$ Ti $_{0.46}$）O $_3$在富Zr侧的准同型相界的压电性的内在和外在的贡献是显着的。用高压中子粉末衍射技术研究了该两相体系（室温下菱形$R3c$+单斜$Cm$，压力大于1 GPa时$R3c+P4mm$）的压力变化。实验表明，施加压力有利于$R3c$相，而$Cm$相连续转变为$P4mm$，这是有利于在高温下，由于竞争熵项。$Cm\rightarrow R3c$相变是不连续的。这种转变对非本征压电性有贡献。揭示了对固有压电性的一个重要贡献：由压力引起的$B$阳离子（Zr和Ti）相对于氧阴离子的大位移。高于600 K时，发生了向立方相的相变。竞争项之间的平衡决定了相边界的曲率。高压实验后，菱面体相的量大于最初的量，这表明在相边界的富Zr侧，单斜相是亚稳的。
2012-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectric nonlinearity and frequency dispersion of the direct piezoelectric response of BiFeO3 ceramics
我们报告的频率和应力的直接压电d33系数在BiFeO 3陶瓷的依赖性。测量结果显示出相当大的压电非线性，即，d33对动应力幅值的依赖性。非线性响应表明非180°畴壁对铁氧体的压电响应有很大的不可逆贡献，在目前的测量条件下，其最大值达到总测量d33的38%。与这种解释一致，两种类型的非180°畴壁，特征为菱面体BiFeO 3，即，使用透射电子显微镜（TEM）在极化陶瓷中发现了71°和109°。为了支持非线性和非180°畴壁贡献之间的联系，我们发现了非线性和导致畴壁从缺陷中剥离的过程之间的相关性，例如从居里温度以上淬火和高温烧结。此外，BiFeO 3的非线性压电响应表现出与其他非线性铁电陶瓷，如“软”（施主掺杂）Pb（Zr，Ti）O3（PZT）中测量的频率依赖性是定性不同的;这种分散的可能来源进行了讨论。最后，我们表明，一旦从钉扎中心释放，畴壁可以广泛地贡献BiFeO 3的机电响应;事实上，外来畴壁贡献是相对大的，如PZT的准同型相界（MPB）组成的Pb基铁电陶瓷。这一发现可能是重要的，在新的无铅MPB组合物的基础上BiFeO 3的搜索，因为它表明，这种组合物也可能表现出大的外部畴壁的压电响应的贡献。
2012-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Exploring Physics of Ferroelectric Domain Walls in Real Time: Deep Learning Enabled Scanning Probe Microscopy
通过在扫描探针显微镜（SPM）实验中实时实现计算机视觉算法，探索铁电材料中铁弹畴壁的功能。鲁棒的深度卷积神经网络（DCNN）基于深度残差学习框架（Res）和整体嵌套边缘检测（Hed）实现，并被集成以最大限度地减少分布外漂移效应。DCNN被实现用于SPM上的实时操作，将数据流转换为畴壁的语义分割图像和相应的不确定性。我们进一步证明了预选的实验工作流程，从而发现畴壁，并报告交替的高和低极化动态（平面外）铁弹畴壁（PbTiO 3）PTO薄膜和高极化动态（平面外）在短铁弹壁（与长铁弹壁相比）在锆钛酸铅（PZT）薄膜。这项工作建立了扫描探针和其他显微镜中数据流的实时DCNN分析框架，并强调了分布外效应的作用以及在实时分析中改善它们的策略。
2022-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Large magnetoelectric effect in mechanically mediated structure of TbFe2, Pb(Zr,Ti)O3 and nonmagnetic flakes
研究了磁致伸缩TbFe_2合金、两种压电陶瓷Pb（Zr，Ti）O_3（PZT）和两种压电片的磁电效应。磁致伸缩效应与压电陶瓷的压电效应通过端部键合而非界面键合，实现了磁-机-电的转换。在第一平面声共振频率和第三弯曲共振频率处获得了10.5和9.9 Vcm-1 Oe-1的大ME系数，这大于常规层状TbFe 2/PZT复合材料的ME系数。结果表明，在没有界面耦合的情况下，可以实现大的ME耦合。
2012-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Micro-mechanics of multi-phase ferroelectric domain structures
高应变压电材料通常是具有复杂构造的陶瓷。特别地，PZT与接近所谓的准同型相界的组合物一起使用，其中不仅相同相（域）的不同变体，而且不同相可以共存。铁电陶瓷的微观力学模型将更加现实，如果这些影响可以纳入。本文研究了铁电畴结构的力电兼容条件。我们能够解决同一微晶内不同晶相共存的问题。不同相的自发应变和自发极化一般是不相容的。所导出的关系的数值分析容易受到晶体学描述的阶段的问题。在本报告中，一个简单的分析和分析，成分相关的适合的应变和极化的PZT在室温下的可用数据。概述的方法可以用来模拟多变量和多相微晶的整体行为与某些，简化的几何排列的成分。
2006-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of the magnetoelectric effect in multiferroic CoFe$_2$O$_4$/PZT bilayer by induced uniaxial magnetic anisotropy
在这项研究中，我们比较了各向同性和各向异性钴铁氧体颗粒的磁，磁致伸缩和压磁性能。各向同性样品通过陶瓷方法制备，而表现出单轴各向异性的样品通过使用放电等离子烧结（SPS）的反应烧结制成。该技术允许在SPS过程期间在所施加的压力的方向上在钴铁氧体中诱导磁各向异性。与各向同性样品相比，单轴各向异性样品的纵向磁致伸缩和压磁性能更高，但横向磁致伸缩和压磁性能显著降低。在磁电层状复合材料中，磁电系数与纵向压磁系数和横向压磁系数之和直接相关。这两个系数的符号相反，在ME器件中使用表现出高纵向和低横向压磁系数（或反之亦然）的材料有望改善ME效应。因此，ME双层器件使用粘贴有PZT层的各向同性和各向异性钴铁氧体制成。在低频率下的ME测量显示，具有各向异性钴铁氧体的双层膜具有比具有各向同性钴铁氧体的双层膜高三倍的ME系数。我们还研究了这种复合材料在共振频率下激发时的行为。
2018-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Origin of the high piezoelectric response in PbZr(1-x)TixO3
高分辨率的X射线粉末衍射测量极化PbZr（1-x）TixO 3（PZT）陶瓷样品接近菱面体-四面体相界（所谓的准同型相界，MPB）表明，无论是菱面体和四面体的组合物，压电伸长的晶胞不发生沿极性方向，但沿那些方向与单斜畸变。这项工作提供了第一个直接证据的起源非常高的压电PZT。
2000-03-30 cond-mat.mtrl-sci
High Power Characterization of Piezoelectric Ceramics Using the Burst/Transient Method with Resonance and Antiresonance Analysis
本文介绍了一种用爆裂法表征压电陶瓷大功率谐振特性的综合方法。在突发方法中，样品在其共振频率下被电驱动，然后施加短路或开路条件，之后振动分别在共振或反共振频率下衰减。这种衰减可用于测量这些条件中任一种条件下的品质因数。在短路振动条件下产生的电流通过“力因子”与振动速度相关。“在开路振动条件下产生的电压对应于由“电压系数”产生的位移。“力因子和电压因子与样品的材料特性和物理尺寸有关。使用这种方法，介电常数，顺应性，压电电荷常数，机电耦合系数，和材料损耗的高功率行为可以直接通过测量谐振（短路）和反谐振（开路）频率，其相应的品质因数，力因子$A$，和电压因子$B$。实验过程中，应用这种方法进行了描述和商业上可获得的硬和半硬PZT材料的$k_{31}$证明
2016-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Effects of coupling between octahedral tilting and polar modes on the phase diagram of PbZr1-xTixO3 (PZT)
本文介绍了大晶粒陶瓷PZT的滞弹性和介电谱的测量结果，PZT的组成靠近铁电（FE）菱面体相与富Zr反铁电和富Ti FE四方相的两个准同型相界（MPBs）。这些结果进行了讨论，从以前的一系列样品的类似的数据，并揭示了新的功能的PZT的相图，主要与八面体倾斜及其耦合的极性模式。额外的证据是什么，我们解释为发病的倾斜不稳定性，当最初受挫的晶格无序，和长程序是在较低的温度下实现。它的温度T_IT（x）将长程倾斜不稳定线T_T（x）延伸到T_C，当T_T。有人提出，在衍射实验中看到预期的1/2调制的困难<111>是由于与这种类型的倾斜起伏结合强晶格无序相关联的大的相关体积。结果表明，倾斜不稳定性的谱线与极不稳定性的谱线有相互吸引并合并的趋势。不仅T_IT向T_C弯曲并与之合并，而且在我们的系列样品中，在菱形/四面体MPB处的介电和滞弹性最大值的温度T_MPB不与T_T相交，而是偏离，保持平行或可能与T_T合并。这些功能，连同一个类似的NBT-BT，倾斜和FE不稳定性，这可能会触发一个共同的相变之间的合作耦合方面进行了讨论。最近的模拟发现在多铁性BiFeO 3的倾斜和FE转变的类比。当x从0.465变化到0.48时，滞弹性异常的形状在T_T处发生突变，可能是菱形/单斜边界的指示。
2012-10-23 cond-mat.mtrl-sci
A statistical model approximation for perovskite solid-solutions: a Raman study of lead-zirconate-titanate single crystal
钛酸铅（PbTiO 3）是铁电钙钛矿氧化物的经典实例，其示出了伴随着破坏模式的软化的位移相变。证明软模理论合理性的基本假设是，晶体在宏观上足够均匀，以便可以形成有意义的自由能函数。与PbTiO 3相比，实验研究表明，锆钛酸铅固溶体（PZT）的相变行为要微妙得多。大多数关于PZT系统的研究都致力于陶瓷或粉末样品，在这种情况下，不可能进行明确的软模式研究，因为具有不同对称性的模式一起出现。我们对富钛PZT单晶的拉曼散射研究表明，PZT中的相变不能用简单的软模理论来描述。与PbTiO 3形成强烈对比的是，横向E对称模的分裂揭示了存在不同的局部有序区域。晶体缺陷、Ti和Zr在B-阳离子位点的随机分布以及Pb离子偏离其理想位置的作用决定了相变机制。一个统计模型解释所观察到的峰分裂和相变到一个复杂的状态与空间变化的本地秩序附近的准同型相边界。
2013-02-06 cond-mat.mtrl-sci
90-degree domain wall relaxation and frequency dependence of the coercive field in the ferroelectric switching process
通过磁滞回线对频率的依赖关系，研究了Pb（Zr 53，Ti 47）O3（PZT）块体软、硬陶瓷的极化反转机制。为了确定缺陷对畴变动力学的影响，在原始状态和疲劳或脱钉过程之后表征样品。极化的频率依赖性揭示了在100 Hz下90畴壁的强烈弛豫。结果还揭示了铁电基体中缺陷的种类及其分布对畴变动力学的强烈影响，这反映在矫顽场的频率依赖性和反向反转的百分比上。最初，据观察，在原始状态下的软和硬PZT的矫顽场的频率依赖性在所研究的所有频率范围内每十年只有一个变化率，这是文献中发现的标准行为。然而，在疲劳或脱钉过程之后，注意到两个变化率。因此，一个上限频率的矫顽场变化的证据被发现。的百分比的回开关和它的行为的软PZT几乎是独立的疲劳状态在所有的频率范围内调查。然而，对于硬PZT，验证了相反的行为。将畴的重取向建模为在粘性介质中发生，其中几种力（例如粘性力和回复力）作用于它们。
2003-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Origin of Ferroelastic Domains in Free-Standing Single Crystal Ferroelectric Films
在最近对BaTiO 3的介观和纳米级独立单晶的研究中一致观察到的不寻常的90 μ o铁电/铁弹畴的起源[Schilling等人，Physical Review B，74，024115（2006）; Schilling等人，Nano Letters，7，3787（2007）]中描述的。已经开发了一个模型，该模型假设畴的形成是对不经历顺电-铁电、立方-四方相变的表面层引起的弹性应力的响应。这个模型被发现准确地占域周期性的变化作为一个函数的大小，已经观察到的实验。表面层的物理起源可能很容易与图案化损伤，在实验中看到的，然而，当所有的物理损伤的证据是从钛酸钡表面去除热退火，域配置几乎保持不变。这表明一个更内在的起源，如表面张力在小尺寸的重要性增加。表面张力的影响也被证明是成比例的铁电体的表面和内部之间的硬度差。本模型的表面张力诱导的孪生也应该是相关的细晶粒或核-壳结构的陶瓷。
2009-03-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Ultrahigh measured unipolar strain greater than 2 % in polycrystalline bulk piezoceramics: Effects of disc dimension
块体多晶压电陶瓷广泛应用于驱动器、换能器和传感器。对于致动器应用，期望压电陶瓷给出尽可能大的电场驱动单极应变。近年来，人们对这种压电陶瓷材料的设计和开发越来越感兴趣。在这里，我们表明，压电陶瓷盘（10毫米直径）的PZT，BaTiO 3为基础的和Na0.5Bi0.5TiO3为基础的多晶压电陶瓷可以显示非常大的单极应变2至3%时，磁盘的厚度减少到200微米或以下。这伴随着双极应变场回路中的不对称性增加。这份简短报告的动机是让研究界意识到压电陶瓷的这一重要影响，并鼓励对这一有趣现象进行讨论/研究，这适用于所有压电陶瓷。
2022-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Analysis of High Power Behavior in Piezoelectric Ceramics from a Mechanical Energy Density Perspective
在这项工作中，提出了一种新的方法来比较不同的压电材料的高功率性能。当比较不同成分和振动模式的压电材料的高功率性能时，直接比较机械品质因数存在固有问题。通常，机械品质因数的行为被报告为样品的尖端振动速度的函数。本文说明了为什么这种方法可以固有的问题，并提出了一种能量的方法来表征机械品质因数的解决方案。通过利用机械能量密度（$u_{e}$），材料系统的质量密度（$ρ$）和样品的振动模式形状（例如，$k_{31}$和$k_{p}$）被考虑在内。因此，介绍了一种比较不同压电组合物的高功率性能的更好方法。此外，新方法适用于各种组合物，通过使用文献中的数据。结果，当使用新的“能量密度方法”比较机械品质因数而不是振动速度时，材料的高功率行为似乎显著不同。此外，该技术的能力被用来巩固从不同的谐振器，以确定各向异性损耗因子的数据证明了硬和软PZT样品的$k_{31}$和$k_{p}$的几何形状。
2016-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Control of domain states in rhombohedral PZT films via misfit strains and surface charges
利用Landau-Ginzburg-Devonshire理论，通过数值模拟，研究了由衬底产生各向异性失配的菱面体锆钛酸铅铁电/铁弹薄膜的失配应变和表面屏蔽电荷的影响，以及挠曲电效应的作用.据建立的失配应变的大小和符号的影响的域结构和极化矢量的主要方向，提供失配依赖的相位与不同的有利的极化分量。虽然足够强的压缩失配应变有利于一个阶段的正交样偏振方向，强拉伸失配只产生面内偏振分量。表面屏蔽的强度被认为是封闭域结构的存在条件，并通过增加，支持单域状态取决于失配应变的值。与单畴态相图相比，弯电效应对多畴态相图的影响很小。然而，它的效果，变得显着的情况下，斯基尔米恩拓扑状态，自发形成的膜表面附近的压缩失配应变时施加。错配应变、表面屏蔽电荷和温度的协同影响可以将薄菱面体铁电膜设置为许多不同的极性和结构状态，其中挠曲电效应的作用对于拓扑非平凡结构是明显的。
2021-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Extrinsic contributions in a nonuniform ferroic sample: Dielectric, piezoelectric and elastic
多畴铁电体样品中畴壁极微小运动对小信号介电常数的贡献Δ ε是多年来的研究课题。在铁弹性铁电体中，这种运动也有助于它们的压电（通过Delta_d）和弹性（通过Delta_s）性质。关于它们同时存在的数据很少，但现有的数据表明，正如预期的那样，Delta_d、Delta_d和Delta_s相互成比例。为了理解非本征贡献的大小，必须理解作用于畴壁的回复力的来源。在目前的贡献的理论已经发展的基础上的模型的板状样品中的铁电-铁弹块提供了一个非铁性的表面层。畴壁在块体中的运动导致块体和层中的电能和弹性能的变化，这提供了回复力的来源。这使得有可能确定所有提到的外在贡献。我们讨论了该模型的适用性，为单晶和陶瓷颗粒的可用数据。
2007-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Bridging Phases at the Morphotropic Boundaries of Lead-Oxide Solid Solutions
PbZr（1-x）TixO 3（PZT）的陶瓷固溶体具有非常大的压电响应，其组成约为x= 0.50。后者是高度各向异性的，并且最近表明，对于菱面体组合物（x< 0.5），压电系数在远离极性方向时最大，这与通常的看法相反。不久之后，在x=0.50附近通过同步辐射X射线衍射观察到低对称性单斜相。类似的行为和特征也存在于许多相关的铅基强压电单晶中，例如PMN-PT、PZN-PT和PSN-PT，其压电系数约为2500 pm/V，是迄今为止记录的最高值。最近的实验和理论工作大大提高了我们对这些技术重要系统的理解，但仍然存在一些悬而未决的问题。本文就这一领域的最新进展作一综述。
2005-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Performance of transducers with segmented piezoelectric stacks using materials with high electromechanical coupling coefficient
水下声学换能器通常包括交替极性的厚度极化压电材料片的堆叠，所述厚度极化压电材料片散布有电极，所述电极结合在一起并且并联电连接。堆叠通常比基本谐振频率处的四分之一波长短得多，使得换能器的机械行为不受分割的影响。当换能器带宽小于半个倍频程时，如常规情况，堆叠分段对设备的机械行为没有显著影响。然而，当使用诸如PMN-PT的高耦合系数材料来实现更宽的带宽时，分段堆叠与仅在两端具有电极的类似压电区段之间的差异可能是显著的。本文研究了叠层分割对宽带水声换能器，特别是tonpilz换能器单元性能的影响。包括使用单晶压电材料与更传统的PZT陶瓷相比，具有高耦合系数的换能器设计的讨论。
2013-02-01 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Piezoelectric truss metamaterials: data-driven design and additive manufacturing
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
本文提出数据驱动设计与增材制造方法，实现具有可定制各向异性响应的压电桁架超材料，显著提升压电性能。
2025-10-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
