Pb(Al，Nb)O3替代对PZT-PZN-PAN固溶体结构与电性能的影响深度探究

本研究论文探讨了Pb（Zn，Nb）O3-Pb（Zr，Ti）O3（PZT-PZN）固溶体中Pb（Al，Nb）O3（PAN）的取代对其结构和电性能的影响。通过传统的固态反应方法，制备了一系列0.8Pb（Zr0.52Ti0.48）O3-（0.2-x）Pb（Zn1/3Nb2/3）O3-xPb（Al1/2Nb1/2）O3（PZT-PZN-xPAN）的固溶体。研究重点关注了这些材料的介电、铁电和压电特性。 在固溶体中，当x=0.02时，达到了最佳电性能，表现出极高的电荷存储能力，Pm（最大介电常数）达到46.3 μC/cm²，Pr（剩余极化）为42 μC/cm²，且Pr/Pm比例高达90.5%，显示出优异的铁电性能。此外，总畸变因子Stotal为0.48%，表明材料具有良好的稳定性。压电性能方面，材料的d33压电常数达到410 pC/N，这表示在室温下对电场的响应非常灵敏。令人瞩目的是，当施加低电场至3 kV/mm时，PZT-PZN-0.1PAN的归一化应变Smax/Emax高达767 pm/V，这对应于约0.24%的大应变响应，显示出极高的机械响应性能。 这项工作对于理解Pb基铅酸盐固溶体的化学替代对其电性能调控具有重要意义，可能为新型高性能铁电和压电材料的设计提供了有价值的信息。通过控制PAN的取代比例，研究人员能够精确地调节材料的性能，这对于开发在高频、高温等苛刻条件下的应用，如传感器、驱动器和高频电子设备等领域具有实际应用价值。同时，该研究也为深入探究其他元素替换对类似固溶体影响的研究路径提供了参考。