• 通讯作者介绍

范桂芬 教授（华中科技大学）

华中科技大学光学与电子信息学院教授、博士生导师。研究领域主要集中在铁电压电材料与器件、新型能源转换与储能技术等方面。先后主持承担国家自然科学基金青年和面上项目、国家重点研发计划课题、湖北省重点研发计划重点项目、湖北省自然科学基金面上项目、武汉市电子信息产业发展资金项目、航天科工联合基金、装备预研教育部联合基金等20余项。在国内外重要学术期刊Chemical Engineering Journal、ACS Sustainable Chemistry and Engineering、Applied Physics Letters、Journal of the European Ceramic Society 等发表学术论文40余篇，授权发明专利近10项。参与编写《电子材料物理》教材一部。

曾芳芳 副教授（贵州大学）

贵州大学特聘副教授、硕士生导师。主要研究方向为微电子学与固体电子学、集成电路、电子信息 (新一代电子信息技术)。目前主要致力于高性能压电材料、电致应变材料、储能材料的研发，机器学习及相场模拟仿真，通过理论计算与实验相结合，制备出具有可在深空、深海、深地等极端环境领域应用的器件材料。其课题组拥有材料制备、微观结构表征、性能测试等一系列完备设备。目前主持国家自然科学基金委项目1项，参与国家自然科学基金委面上项目1项，国防军工项目1项。在国内外期刊发表论文20余篇。

李嘉 硕士研究生（华中科技大学）

华中科技大学光学与电子信息学院硕士研究生，主要从事高温无铅压电陶瓷材料的研究。目前以第一作者身份发表SCI论文1篇。

• 文章导读

图形摘要

压电陶瓷广泛用于传感器、驱动器、能量采集器和高温电子器件。传统PZT陶瓷虽然性能成熟，但含铅体系存在环境与法规压力，并且常规商用压电陶瓷多工作在200 ℃以下，难以满足航空航天、工业制造和极端环境中的高温需求。

BiFeO3具有很高的居里温度，是高温无铅压电材料的重要候选体系，但纯BiFeO3及其部分固溶体通常存在压电系数偏低、漏电流较大、矫顽场较高等问题。本文引入Ba(1-x)SrxTiO3组元，利用Ba/Sr比例对晶格、相结构和局域异质性的调节作用，探索BF-BSxT陶瓷在高温稳定性和压电响应之间的平衡。通过寻找最佳的Sr含量。获得了增强的d33=160 pC/N和高的Tc = 495 ℃。

• 研究过程与结果

图1. BF-BSxT陶瓷的XRD图谱及局部放大图

表1. BF-BSxT陶瓷的Rietveld精修参数

结构分析方面，图1的XRD结果表明样品整体形成稳定钙钛矿固溶体。随着Sr含量上升，(110) 等衍射峰向高角度移动，反映出Sr2+替代Ba2+后的晶格收缩。表1的Rietveld精修参数进一步确认所有组分均由R相与PC相共同构成，且PC相比例随Sr 含量总体上升。

图2. BF-BSxT陶瓷热腐蚀抛光截面的SEM图。

微观结构方面，图2的SEM图显示各组分陶瓷晶粒边界清晰、烧结致密，平均晶粒尺寸主要集中在约1.1-1.2 μm。x = 0.06组分实测密度最高，说明其致密化质量较好，这与其后续表现出的较高压电性能相互呼应。

图3. BF-BSxT陶瓷的介电常数与介电损耗随温度变化曲线和不同x的扩散因子。(a) x = 0.04 (b) x = 0.06 (c) x = 0.08 (d) x = 0.1

图3展示了陶瓷的介电性能，各组分在升温过程中均出现明显介电峰，说明体系保持正常铁电相变特征。不同频率下的介电响应与介电损耗变化表明，氧空位和局域极化区域会影响高温区介电行为。扩散因子γ随Sr含量先降低后升高，显示适量Sr可调节局域结构异质性和极化纳米区域数量。

图4. 不同x的介电温谱、P-E回线及Pr/Ec

铁电性能方面，P-E回线整体未完全饱和，说明缺陷偶极子、氧空位和漏电流仍会限制电畴翻转。随着Sr含量增加，剩余极化Pr略有提升，在x = 0.10时达到约24.1 μC/cm²；矫顽场Ec基本保持在相近水平。

图5. 不同Sr含量下BF-BSxT陶瓷的Tc与d33

图5展示了Sr含量增加后居里温度Tc仅轻微下降，仍保持在约488-497 ℃ 的高温区间；而d33在x = 0.06处达到峰值160 pC/N。这说明适量Sr调控并非简单牺牲热稳定性，而是在相共存与局域结构无序之间形成了更有利于极化翻转的状态。

• 研究总结

本文报道了一种采用传统固相法通过Sr含量精细调控实现性能优化的BF-BSxT高温无铅压电陶瓷。研究表明，Sr2+替代Ba2+可引起晶格收缩并改变R/PC相共存比例，从而调节局域结构异质性和极化翻转能垒。x = 0.06组分在致密微观结构和适度相共存的协同作用下，实现d33 = 160 pC/N 与Tc = 495 ℃的综合性能，显示出面向高温无铅压电器件的应用潜力。

阅读英文原文：https://www.mdpi.com/2571-6131/9/2/18

• Ceramics 期刊介绍

主编：Prof. Dr. Gilbert Fantozzi, MATEIS Laboratory UMR CNRS 5510, France

期刊主题包括但不限于：非晶陶瓷和结晶陶；生物陶瓷和陶瓷在生物学中的应用；陶瓷加工方法和制造；陶瓷材料的结构与微观结构研究；陶瓷的机械、电气、光学、磁性或热性能；陶瓷的热力学、动力学、化学和热稳定性；陶瓷在能源、电子、光子学和磁学中的应用等。

2025 Impact Factor：2.8

2025 CiteScore：4.1

Time to First Decision：12.3 Days

Acceptance to Publication：3.6 Days

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/ceramics

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