能量转换设备在当今时代占据着极其重要的地位，而压电材料因其独特的机电耦合特性而受到广泛关注，是许多机电应用中传感器和换能器的核心部件。随着可穿戴健康检测设备市场份额的增加，用于低功耗设备的能量收集设备也在加速发展。机电耦合材料的能量密度主要受压电活动品质因数（FOMs：d33 × g33）控制。优秀的机电耦合材料需要同时具有高d33 和低εT33的特性。目前，高介电常数的环保型 NaNbO3（NN）基弛豫铁电陶瓷无法满足机电耦合器件对高压电活度品质因数（FOMs：d33 × g33）的要求。

　　为了解决这个问题，来自同济大学的学者通过化学设计和制绒工程，在微结构调优的基础上，成功地提高了基于 NN 的弛豫压电陶瓷的压电性，同时降低了介电常数。主要受高度 001c 取向和弛豫器 MPB 的影响，所获得的新型 88.5NaNbO 3 -10Ba(Ti 0.7 Sn 0.3 )O 3 -1.5NaSbO 3 纹理陶瓷具有超高的压电系数（d 33 = 423 pC/N），达到了 NaNbO 3 基无铅陶瓷的最高纪录。 同时，由于抑制了介电常数，成功实现了较大的 FOMs 值（d 33 × g 33 = 13.3·10 -12 m 2 /N）。更重要的是，稳定的相/域演化也促进了压电性和 FOMs 的出色温度稳定性。 在压电方面，当退火温度小于 140℃ 时，1.5T 陶瓷的 d 33 可以稳定在 400 pC/N 以下。如此优异的电温度稳定性在已报道的基于 NN 的压电陶瓷中更具竞争力。

　　基于上述考虑，为进一步突破 NN 基压电陶瓷的机电性能，本研究采用了有效的微结构调谐策略（包括化学设计和纹理工程）。其中，固定含量的第二组分 Ba(Ti0.7Sn0.3)O3 (BTS) 和第三组分 NaSbO3 (NS) 分别用于诱导 NN 基基体中的 O-T 相界和局部异质升级，NaNbO3 均质种子模板用于晶粒取向。最后，获得了新型高取向 001c 88.5NaNbO3-10Ba(Ti0.7Sn0.3)O3-1.5NaSbO3质构陶瓷，该陶瓷具有弛豫体各向异性相界（R-MPB），显示出惊人的压电性和优越性（d33 = 423 pC/N，d33 × g33= 13.10 × 10-12 m2/N）。这一成果标志着基于NN 的压电陶瓷取得了重大进展。更重要的是，纹理 NN 基压电陶瓷的压电性和 FOM 的温度稳定性也非常出色，这源于它们在 Td 和Tm 附近稳定的相/域演化。

　　图 1. (a) 基于 NN 的高性能压电陶瓷的化学设计和纹理工程示意图。(b、c）分别为 1.5R 和 1.5T 陶瓷的表面形态。(d) 未抛光 0R 和 0T 陶瓷的介电常数与温度的关系。(e) 未抛光的 1.5R 和 1.5T陶瓷的介电常数与温度的关系。(f) 1.5R 和 1.5T 陶瓷的室温 XRD 图。(g) xT 陶瓷的室温XRD 图，右侧为 (002)/(200) 峰的放大图像。

　　图 4. 电气性能和相结构的温度稳定性。(a) 未抛光/抛光 1.5R 和 1.5T 陶瓷的介电常数随温度的变化曲线 随温度变化的曲线T 陶瓷的 Spos、Sneg 和 Pmax2-Pr2随温度的变化。(d,e) 1.5T 陶瓷的原位变温 XRD。(f) 1.5T 陶瓷的 Pr、Pmax、Pr/Pmax和 εT33 × Pr 随温度的变化曲线. 不同条件下基于热刺激的畴演化分析。(a) 1.5T 陶瓷在不同温度下退火后的第一圈 P-E 循环（UnP 表示未抛光，P 表示未退火的抛光，右下角表示第一象限的放大）。分别经过 (b) 100 ℃ 和 (c) 160℃ 退火后的 1.5T 抛光陶瓷的 PFM 相图。极化 1.5T 陶瓷分别在 (d) 100 ℃ 和 (e) 160 ℃ 温度下的 PFM 相图像。(f) 基于 NN 的弛豫器压电陶瓷在升温过程中的相结构（以 T 相为参考）、电偶极矩和畴结构示意图。

　　在这项工作中 通 过有效的微观结构调整策略（包括化学设计和纹理工程），获得了新型高取向（f = 93%）001c 88.5NaNbO 3 -10Ba(Ti 0.7 Sn 0.3 )O 3 -1.5NaSbO 3 质地陶瓷，其压电特性和优越性能（d 33 = 423 pC/N，d 33 × g 33 = 13.10 × 10 -12 m 2 /N）令人印象深刻。 更重要的是，纹理 NN 基压电陶瓷的去极化温度大于 140 ℃，因此具有出色的温度稳定性。一方面，其压电系数在一定范围内随温度升高而增大，在 70 ℃ 附近可达到 589 pC/N 的极大值，从而为 FOM 提供更好的温度稳定性。另一方面，当退火温度低于 140 ℃ 时，1.5T 陶瓷的 d 33 可以稳定在 400 pC/N 以下。如此优异的电温度稳定性在已报道的基于 NN 的压电陶瓷中更具竞争力。 原位变温 XRD 和 PFM 相图结果表明，温度稳定性与T d 和 T m 附近稳定的相/域演化密切相关。 本研究所提出的性能增强方法对于进一步开发具有更高的品质因数和更好的温度稳定性的下一代无铅机电耦合器件具有一定的指导意义.（文：SSC）