大功率压电陶瓷通常在严苛的条件下工作。因此，通过纯粹的准静态参数对其大功率性能进行精确评估具有挑战性。0.94PbZr_0.5Ti_0.5O₃ - 0.06Pb(Mn_1/3Nb_2/3)O₃+ 0.005Fe₂O₃ + 0.002Sc₂O₃(PZT-1)虽然许多基于PZT的陶瓷都表现出优异的准静态参数，但只有 PZT-1陶瓷表现出优异的高场参数，例如在 566 V/mm (1 kHz)时tan δ低至0.97%，在50 V/mm (100 kHz)时Qm大至PZT-1陶瓷的发热速度非常慢，在 50 V/mm (100 kHz) 时的最高表面温度仅为41.8 °C。此外，在50 V/mm条件下，PZT-1陶瓷在25-120 °C温度范围内的共振频率变化极小，仅为-0.04%。因此，PZT-1陶瓷能在120 °C温度下保持0.90 m/s的高可靠振动速度 30分钟，陶瓷悬臂能维持 7 μm的高振幅，明显优于其他陶瓷。这项研究最终证明，在准确估计陶瓷的高功率性能方面，高场参数比准静态参数更有效。

大功率压电应用示意图

南京理工大学袁国亮课题组唐文彬博士一直致力于PZT大功率压电陶瓷的研究。在南京理工大学袁国亮教授的指导下，日前，针对相关领域已有研究成果。文章研究表明虽然许多基于PZT的陶瓷都表现出了出色的准静态参数，但 PZT-1 陶瓷却表现出了卓越的高场参数，这对大功率应用更为关键。PZT-1陶瓷具有卓越可靠的大功率性能特征，包括 0.97% 的低 tan δ（Em = 566 V/mm）、0.58 的高 kp（Em = 50 V/mm）和1164的高Qm（Em = 50 V/mm） 。 因此，这种陶瓷能在 120 °C 的温度条件下 30 分钟内保持 0.90 m/s 的高稳定 υ0，在 25-120 °C 的温度范围内（Em = 50 V/mm），Δfr/fr0 的最小值仅为 -0.04%。 此外，在 50 V/mm 的 Em 下，PZT-1 悬臂梁可承受 7 μm 的最大振幅。 这些特性表明，PZT-1 陶瓷在高温下的大功率应用方面具有巨大潜力。 值得注意的是，仅凭准静态电参数不足以准确评估高功率压电陶瓷。 优异可靠的高场参数对大功率压电陶瓷至关重要。 最关键的是，在高温或加载条件下，要满足大功率器件的各种应用场景，必须具有较高且稳定的 υ0 值。

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.4c12838