成都大学科研人员在Aurivillius相超高温压电陶瓷的研究方面取得新进展

随着现代科学技术的快速发展，高温环境下的位移驱动、超声波检测、振动测量和能量采集的应用越来越广泛。例如汽车内燃机燃油电喷系统使用的多层压电驱动器、深地石油开采测井用的压电超声换能器，核反应堆一回路管道中使用的压电超声波定位探测器等，都必须选用至少可耐受260 ℃高温的压电材料，这样才能保证压电器件可在较宽温度范围内正常工作。尤其是在航空航天领域，大型航空发动机和航天推进器关键部位的状态监测与故障诊断系统的核心部件即是能耐受482 ℃甚至是649 ℃高温的压电加速度传感器。

压电材料是压电器件的核心。其中Aurivilius相化合物是高温压电材料的。这一类化合物的晶体由类萤石结构的铋氧层（[Bi₂O₂]²⁺）和类钙钛矿结构的（[A_m-1B_mO_3m+1]^2-）层沿c轴方向有规律地相互交替排列而成，类钙钛矿结构中A位的Bi原子相对于氧八面体链沿a轴的偏离使得晶胞形成自发极化。因此，它们也被称作铋层状结构铁电体（BLSFs）。高灵敏度、高工作温度、高稳定性压电器件需要压电材料具有高压电系数（d₃₃）、高居里温度（T_C）、高电阻率（ρ）以及良好的热稳定性（抗热退极化、介电常数的温度系数等）。对BLSFs的掺杂改性往往又很难兼顾其T_C的稳定和d₃₃的提升，特别是通常的施主掺杂提升材料的电阻率后，又很难保持其良好的热稳定性。

铌酸钛铋（Bi₃TiNbO₉，简称BTN）由一层铋氧层（[Bi₂O₂]²⁺）和两层类钙钛矿层（[BiTiNbO₇]^2-）沿c轴交错间隔构成，因为其具有很高的居里温度（T_C=914 ℃），有望应用于工作温度高于482 ℃的超高温压电器件之中。但纯BTN陶瓷表现出极低的压电性能（d₃₃~3 pC/N）和很低的高温电阻率（600 ℃下，往往只有10³ Ω·cm数量级），热稳定性也很不理想。这些缺点大大地限制了其在高温环境下的实际应用。