Sin embargo, la volatilización del Bi durante el proceso de sinterización en cerámicas basadas en BIT conduce a la generación de defectos de vacancia de oxígeno, lo que resulta en una actividad piezoeléctrica relativamente baja. Se ha demostrado que la estrategia co-dopada no equivalente del sitio B propuesta es una forma útil de reducir eficazmente la concentración de vacantes de oxígeno y mejorar las propiedades eléctricas integrales de las cerámicas basadas en BIT.

Un grupo de investigación dirigido por el profesor Yejing Dai de la Universidad Sun Yat-sen en Shenzhen, China, informó recientemente sobre una nueva estrategia co-dopada no equivalente para cerámicas piezoeléctricas de alta temperatura basadas en BIT para resolver los problemas mencionados anteriormente.

Mediante la modificación del sitio B para las cerámicas basadas en BIT, suele ser difícil obtener tanto un coeficiente piezoeléctrico alto como una temperatura de Curie alta, así como una resistividad alta a altas temperaturas. Parece haber una restricción mutua entre d₃₃ y T_C debido a la dificultad de lograr simultáneamente excelentes propiedades eléctricas y una buena estabilidad estructural. Esta investigación tiene como objetivo optimizar sinérgicamente los dos parámetros mediante el uso de la estrategia co-dopada no equivalente del sitio B de combinar Ta ⁵⁺ de alta valencia. y Cr ³⁺ de baja valencia .

Los investigadores publicaron su investigación en el Journal of Advanced Ceramics el 21 de febrero de 2024.

"En esta investigación, elegimos Ta ⁵⁺ de alta valencia. y Cr ³⁺ de baja valencia Cerámicas BIT co-dopadas no equivalentes para resolver el problema de que un alto rendimiento piezoeléctrico, una alta temperatura de Curie y una resistividad a alta temperatura no se podían lograr simultáneamente en cerámicas basadas en BIT. Una serie de Bi₄ Ti_3−x (Cr_1/3 Ta_2/3 )_x O₁₂ Las cerámicas se sintetizaron mediante el método de reacción en estado sólido.

"Se investigaron sistemáticamente la estructura de fase, la microestructura, el rendimiento piezoeléctrico y el mecanismo conductor de las muestras. La estrategia de codopaje no equivalente del sitio B que combina Ta ⁵⁺ de alta valencia y Cr ³⁺ de baja valencia mejora significativamente las propiedades eléctricas debido a una disminución en la concentración de vacantes de oxígeno. Cuando el contenido de dopaje es de 0,03 mol, la cerámica presenta un coeficiente piezoeléctrico elevado de 26 pC·N ⁻¹ y una temperatura Curie alta de 687 ℃.

"Además, una resistividad significativamente mayor de 2,8×10 ⁶ Para esta composición también se obtienen Ω·cm a 500 ℃ y una buena estabilidad piezoeléctrica hasta 600 ℃. Todos los resultados demuestran que las cerámicas basadas en BIT co-dopadas con Cr/Ta tienen un gran potencial para ser aplicadas en aplicaciones piezoeléctricas de alta temperatura", dijo la Sra. Xuanyu Chen, primera autora del artículo y estudiante de doctorado en la Escuela de Materiales. en la Universidad Sun Yat-sen.

La estrategia de codopaje no equivalente es un método eficaz para mejorar el rendimiento eléctrico de las cerámicas basadas en BIT. Mediante la introducción de pares de iones no equivalentes, la concentración de defectos de vacantes de oxígeno en las cerámicas BIT se redujo efectivamente y la anisotropía del crecimiento del grano disminuyó. Esto proporciona una nueva idea para mejorar aún más las propiedades piezoeléctricas de las cerámicas basadas en BIT y promover su aplicación en el campo de la detección de altas temperaturas.

El siguiente paso del grupo de investigación es inducir iones de sitio A como La ³⁺ sobre una base codopada no equivalente en el sitio B. "Esperamos que el co-dopaje del sitio A/B aumente aún más la actividad piezoeléctrica de la cerámica basada en BIT, y luego revelaremos el efecto del co-dopaje del sitio A/B en la estructura de dominio de la muestra en comparación con el B -codopaje no equivalente en el sitio", dijo la Sra. Chen.

El objetivo del equipo de investigación es fabricar dispositivos cerámicos piezoeléctricos con capas de bismuto con excelentes propiedades eléctricas adecuados para trabajar a altas temperaturas.

Otros contribuyentes incluyen a la Sra. Ziqi Ma, el profesor Bin Li y el profesor YeJing Dai de la Escuela de Materiales de la Universidad Sun Yat-sen en Shenzhen, China.