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贵州大学王媛玉团队与浙江大学张启龙团队：兼具高居里温度与高压电性能，实现无铅KNN陶瓷性能新突破

已有 638 次阅读 2025-12-15 10:08 |个人分类:JAC|系统分类:论文交流

原文出自Journal of Advanced Ceramics (先进陶瓷)期刊

Cite this article:

Yang Y, Zhang Q, Zhang F, et al. Textured (K,Na)NbO₃ ceramics with enhanced piezoelectric properties: High k_p, d₃₃, and Curie temperature. Journal of Advanced Ceramics, 2025, https://doi.org/10.26599/JAC.2025.9221206

文章DOI：10.26599/JAC.2025.9221206

ResearchGate：Textured (K,Na)NbO 3 ceramics with enhanced piezoelectric properties: High k p , d 33 , and Curie temperature

1、导读

在全球追求绿色、可持续发展的今天，无铅压电材料的研发已成为功能材料领域的热点与难点。近日，由中国贵州大学与浙江大学联合研究团队，通过织构化技术，成功制备出兼具有高压电性能与高居里温度的(K,Na)NbO₃（KNN）陶瓷，其关键指标提升超过200%，展现出巨大的应用潜力。

2、研究背景

铁电单晶或压电单晶由于具有较强的各向异性，通常表现出优异的压电响应，但其生长需要精确控制实验参数，导致成本高，限制了大规模生产。织构法提供了一种更简单、更具成本效益的替代方法，可实现接近单晶的性能。

基于此，本研究采用反应模板晶粒生长法（RTGG），制备了简单的K_0.48Na_0.52NbO₃（KNN）无铅压电织构陶瓷，实现了KNN陶瓷性能新突破。

3、文章亮点

该织构陶瓷的压电常数d₃₃ = 315 pC/N，平面机电耦合系数kₚ = 0.74，相比传统方法制备的KNN分别提升203%与185%。此外，陶瓷居里温度为394 °C。

4、研究结果及结论

如图1所示，烧结陶瓷中能明显观察到模板的存在。此外，铌酸钠（NN）模板通过细化晶粒促进了陶瓷致密化。

图1(a1)-(d1) KNN-0、KNN-3、KNN-5、KNN-7织构陶瓷的表面SEM图像；（a2）-(d2) KNN-0、KNN-3、KNN-5、KNN-7的SEM横截面图；(e) KNN和（f1） KNN-3的表面SEM图像；（f2）-(f5)对应的元素分布图；(g)能谱；(h)密度。

图2显示了晶粒取向排列的情况。结果表明，O相（红色，45.1%）和R相（绿色，44.2%）均匀共存。这些多晶相结构通过促进相边界的畴切换来增强压电性。此外，R相{0001}的极点呈集中分布，说明陶瓷沿[0001]晶体方向的高度择优取向。

图2 KNN-3织构陶瓷的EBSD图：(a) 三维晶粒取向反极图；(b) 相图；(c) 极图；(d) 反极图。

图3显示了KNN、KNN-3和KNN-5陶瓷的PFM。KNN陶瓷较大的电畴降低了畴壁密度，且局域振动与激励信号之间的相位差削弱了压电响应。KNN-3与KNN-5陶瓷相角较小，表明其局部压电响应更强。但KNN-5的纳米畴较多，影响了畴偏转的稳定性。此外，TEM结果表明，KNN-3存在非完全相干界面，对其压电性能提升也起到了积极作用。

图3(i)、(j)、(k)为KNN、KNN-3、KNN-5陶瓷的PFM图；(l)、(m)、(n)对应的相角图。

5、作者及研究团队简介

王媛玉（通讯作者），贵州大学材料与冶金学院教授，博士生导师，主要从事电子功能陶瓷及应用、柔性智能传感技术、储能材料等领域研究。主持国家自然科学基金项目、贵州省科技厅基础研究重点项目、贵州省科技厅创新人才培养项目、贵州省科技厅基础研究一般项目等。以第一作者⁄通讯作者在Nano Energy、 Journal of Advanced Ceramics、Materials Horizons、Chemical Engineering Journal、Nano Research、Materials & Design, Journal of the American Ceramic Society、Ceramics International等期刊发表论文50多篇。

作者邮箱：yuanyuwang0216@163.com

张启龙（通讯作者），浙江大学材料科学与工程学院教授，博士生导师，主要从事多功能纳米复合材料、能量存储与转换材料、高频介电材料与器件、柔性电子材料等研究。承担或参与国家自然科学基金、国家重点研发计划、国家863计划、国家支撑计划、浙江省重大（重点、领雁）计划等国家省部级项目，以第一/通讯作者在Adv. Funct. Mater、ACS Nano、Nano Energy、Nano Today、Nano-Micro Lett、Chem. Eng. J、J. Mater. Chem(C)、Composites A等期刊发表SCI论文150多篇，获授权中国发明专利40余项，以第一编著出版专著1本。

作者邮箱：mse237@zju.edu.cn

《先进陶瓷（英文）》（Journal of Advanced Ceramics）期刊简介

《先进陶瓷（英文）》于2012年创刊，清华大学主办，清华大学出版社出版，清华大学新型陶瓷材料全国重点实验室提供学术支持，创刊主编为中国工程院院士、清华大学李龙土教授，主编为清华大学林元华教授、郑州大学周延春教授和广东工业大学林华泰教授。该刊主要发表先进陶瓷领域的高质量原创性研究和综述类学术论文，涉及先进陶瓷的制备、结构表征、性能评价的各个细节，尤其侧重新材料研制和先进陶瓷基础科学研究等重要方面，致力于在世界先进陶瓷领域搭建学术交流平台，引领和促进先进陶瓷学科的发展。已被SCIE、Ei Compendex、Scopus、DOAJ、CSCD等数据库收录。现为月刊，2024年发文量为174篇；2025年6月发布的影响因子为16.6，连续5年位列Web of Science核心合集“材料科学，陶瓷”学科33种同类期刊第1名；2024年11月入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”英文领军期刊项目；2025年入选中国科学院文献情报中心期刊分区表材料科学1区Top期刊。2023年起，本刊结束与国际出版商的合作，改由清华大学出版社自主研发、拥有自主知识产权的科技期刊国际化数字出版平台SciOpen独家发布，标志着该刊结束多年来“借船出海”的办刊模式，回归本土独立运营，也是我国优质英文期刊中最早回归国产平台的期刊之一。