【摘 要】
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在航空航天、深油井探测、汽车和能量收集等行业,迫切需要在高温下仍具有高压电性能的压电陶瓷,以做驱动器、传感器等应用。然而,这种压电陶瓷的研发极具挑战,因为增强的压电响应通常伴随着温度稳定性的降低。目前市场应用最广泛的锆钛酸铅（PZT）基压电陶瓷的居里温度一般不高于360℃,而高温下的热退极化使其长时间稳定工作温度通常低于200℃,因此有必要寻找一种在300℃以上温度下仍具有优异压电性能的压电陶瓷。
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在航空航天、深油井探测、汽车和能量收集等行业,迫切需要在高温下仍具有高压电性能的压电陶瓷,以做驱动器、传感器等应用。然而,这种压电陶瓷的研发极具挑战,因为增强的压电响应通常伴随着温度稳定性的降低。目前市场应用最广泛的锆钛酸铅（PZT）基压电陶瓷的居里温度一般不高于360℃,而高温下的热退极化使其长时间稳定工作温度通常低于200℃,因此有必要寻找一种在300℃以上温度下仍具有优异压电性能的压电陶瓷。（1-x）Bi Fe O3-x Pb Ti O3（BF-PT）基压电陶瓷由于在准同型相界（MPB）附近（x～0.7）高达635℃的居里温度以及大的四方性（c/a～1.18）受到了高温压电领域的广泛研究。然而,未经掺杂改性的BF-PT陶瓷漏电严重、矫顽场极高,难于实现极化饱和,导致其压电性能较差。稀土元素La掺杂BF-PT可以有效地降低c/a和矫顽场,获得优异的压电性能,但是La的掺杂也使陶瓷的居里温度大大下降（～250℃）,限制了其在高温下的应用。而Sm的掺杂对BF-PT的结构及电学性能的研究尚少,有待进一步研究。本课题通过稀土元素Sm掺杂取代Bi以形成三元固溶体系Bi Fe O3-Pb Ti O3-Sm Fe O3,以期降低其c/a,在MPB处实现优异压电响应和高居里温度之间的平衡。通过调整三元组分的相对含量,在0.65Bi0.88Sm0.12Fe O3-0.35Pb Ti O3压电陶瓷中取得良好的压电性能(压电系数d33=118 p C/N),以及高的居里温度TC=439℃。（1-y）Bi0.80Sm0.20Fe O3-y Pb Ti O3在准同型相界（y=0.45）处具有单斜相和四方相共存的相结构,获得增强的压电性能(d33=245p C/N)。稀土Sm掺杂在0.55Bi1-xSmxFe O3-0.45Pb Ti O3陶瓷中引起显著的弛豫现象,有效降低了c/a,大大降低了矫顽场,并在MPB处（x=0.18）取得优异的压电响应(d33=275 p C/N)以及温度稳定性,其压电性能在320℃高温下仍然没有下降,电滞回线在260℃仍然呈现饱和形貌。我们的研究结果证明Sm掺杂在BF-PT基压电陶瓷中产生局部位置无序的单斜区域并诱导出强烈的弛豫行为,由于Sm3+的离子半径远小于Bi3+或Pb2+,因此可以有效地对电畴局域结构产生影响,并在相对较低的掺杂水平（x=0.16-0.21）下诱导出MPB,对压电陶瓷的居里温度/热稳定性不会显著降低。这些结果表明Bi Fe O3-Pb Ti O3-Sm Fe O3三元陶瓷在高温压电应用中具有广阔的前景。
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