BiInO3掺杂对BNT-BKT薄膜结构与电性能的影响：析铁电与压电特性

本研究论文探讨了铋基铁电体BiInO3对0.80(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.20(Bi0.5K0.5)TiO3(简称BNT-BKT)薄膜的结构和电性能影响。作者李朋和翟继卫利用溶胶-凝胶/旋转涂覆技术在含有Pt/Ti/SiO2/Si基底上制备了一系列不同BiInO3掺杂比例的无铅压电薄膜，即BNT-BKT-xBIO，其中xBIO表示BiInO3的摩尔分数。研究重点在于分析BiInO3含量的变化如何影响薄膜的微观结构和宏观性能。 X射线掠入射法的测试结果显示，当xBIO为0.010和0.020时，薄膜中出现极微量的焦绿石相，而其余薄膜主要表现为钙钛矿相。通过原子力显微镜（AFM）观察，BiInO3的掺杂有助于促进晶粒的生长，这可能有利于提高薄膜的稳定性。 在电性能方面，BNT-BKT-0.015BIO薄膜显示出最优的铁电性能，其二阶压电系数（2Pr）约为23μC/cm²，以及压电常数（d33*）大约为90pm/V。这表明BiInO3的适量掺杂可以优化压电转换效率。 介电温谱数据揭示了随着BiInO3含量的增加，薄膜的铁电相-弛豫铁电相变温度升高，但居里温度（Tc）有所下降。这表明BiInO3掺杂可能改变了晶体结构的相变行为，影响了电荷有序状态。同时，在100Hz到1MHz的频率范围内，BiInO3的掺杂降低了薄膜的介电损耗，BNT-BKT-0.010BIO薄膜具有最高的介电常数，这对于高频应用中的性能表现至关重要。 这项研究深入探讨了BiInO3作为掺杂剂对BNT-BKT薄膜的结构调控和电性能优化策略，对于无铅压电材料的研发和应用具有重要的理论和实践意义。该研究不仅有助于理解铁电和压电材料的基本原理，也为设计高性能压电薄膜提供了实验依据。