成都大學科研人員在Aurivillius相超高溫壓電陶瓷的研究方麵取得新進展

隨著現代科學技術的快速發展，高溫環境下的位移驅動、超聲波檢測、振動測量和能量采集的應用越來越廣泛。例如汽車內(nei) 燃機燃油電噴係統使用的多層壓電驅動器、深地石油開采測井用的壓電超聲換能器，核反應堆一回路管道中使用的壓電超聲波定位探測器等，都必須選用至少可耐受260 ℃高溫的壓電材料，這樣才能保證壓電器件可在較寬溫度範圍內(nei) 正常工作。尤其是在航空航天領域，大型航空發動機和航天推進器關(guan) 鍵部位的狀態監測與(yu) 故障診斷係統的核心部件即是能耐受482 ℃甚至是649 ℃高溫的壓電加速度傳(chuan) 感器。

壓電材料是壓電器件的核心。其中Aurivilius相化合物是高溫壓電材料的。這一類化合物的晶體(ti) 由類螢石結構的鉍氧層（[Bi₂O₂]²⁺）和類鈣鈦礦結構的（[A_m-1B_mO_3m+1]^2-）層沿c軸方向有規律地相互交替排列而成，類鈣鈦礦結構中A位的Bi原子相對於(yu) 氧八麵體(ti) 鏈沿a軸的偏離使得晶胞形成自發極化。因此，它們(men) 也被稱作鉍層狀結構鐵電體(ti) （BLSFs）。高靈敏度、高工作溫度、高穩定性壓電器件需要壓電材料具有高壓電係數（d₃₃）、高居裏溫度（T_C）、高電阻率（ρ）以及良好的熱穩定性（抗熱退極化、介電常數的溫度係數等）。對BLSFs的摻雜改性往往又很難兼顧其T_C的穩定和d₃₃的提升，特別是通常的施主摻雜提升材料的電阻率後，又很難保持其良好的熱穩定性。

铌酸鈦鉍（Bi₃TiNbO₉，簡稱BTN）由一層鉍氧層（[Bi₂O₂]²⁺）和兩(liang) 層類鈣鈦礦層（[BiTiNbO₇]^2-）沿c軸交錯間隔構成，因為(wei) 其具有很高的居裏溫度（T_C=914 ℃），有望應用於(yu) 工作溫度高於(yu) 482 ℃的超高溫壓電器件之中。但純BTN陶瓷表現出極低的壓電性能（d₃₃~3 pC/N）和很低的高溫電阻率（600 ℃下，往往隻有10³ Ω·cm數量級），熱穩定性也很不理想。這些缺點大大地限製了其在高溫環境下的實際應用。