成(cheng)都(dou)大學(xue)科(ke)研(yan)人(ren)員在(zai)Aurivillius相(xiang)超(chao)高(gao)溫(wen)壓(ya)電(dian)陶(tao)瓷(ci)的(de)研(yan)究(jiu)方(fang)面取(qu)得(de)新(xin)進(jin)展

隨著現(xian)代(dai)科(ke)學技術(shu)的快(kuai)速發展，高溫(wen)環境(jing)下(xia)的(de)位(wei)移(yi)驅(qu)動(dong)、超(chao)聲(sheng)波(bo)檢測(ce)、振(zhen)動(dong)測(ce)量和(he)能(neng)量(liang)采(cai)集的應(ying)用越(yue)來(lai)越(yue)廣(guang)泛(fan)。例(li)如(ru)汽(qi)車內(nei)燃機(ji)燃油(you)電(dian)噴(pen)系(xi)統使(shi)用的(de)多(duo)層壓(ya)電(dian)驅(qu)動(dong)器(qi)、深地(di)石油(you)開(kai)采(cai)測井用的(de)壓(ya)電(dian)超(chao)聲(sheng)換(huan)能(neng)器(qi)，核(he)反應堆(dui)壹回(hui)路管(guan)道(dao)中使(shi)用的(de)壓(ya)電(dian)超(chao)聲(sheng)波(bo)定位(wei)探(tan)測器(qi)等，都(dou)必須(xu)選用至少可耐受(shou)260 ℃高(gao)溫(wen)的(de)壓(ya)電(dian)材料(liao)，這樣(yang)才能(neng)保(bao)證(zheng)壓(ya)電(dian)器(qi)件可在較(jiao)寬(kuan)溫(wen)度範圍內(nei)正常工作(zuo)。尤(you)其是在(zai)航空航天領(ling)域，大型(xing)航空發動(dong)機(ji)和(he)航天推(tui)進(jin)器(qi)關鍵(jian)部位(wei)的(de)狀(zhuang)態(tai)監(jian)測與(yu)故障診斷系統的核(he)心部(bu)件即(ji)是能(neng)耐(nai)受(shou)482 ℃甚(shen)至是649 ℃高(gao)溫(wen)的(de)壓(ya)電(dian)加(jia)速(su)度傳(chuan)感(gan)器(qi)。

壓(ya)電(dian)材料(liao)是壓(ya)電(dian)器(qi)件的核(he)心。其(qi)中Aurivilius相(xiang)化(hua)合(he)物(wu)是高(gao)溫壓(ya)電(dian)材料(liao)的。這(zhe)壹類(lei)化(hua)合(he)物(wu)的晶體(ti)由類(lei)螢(ying)石結構的鉍(bi)氧(yang)層（[Bi₂O₂]²⁺）和(he)類(lei)鈣(gai)鈦礦結構的（[A_m-1B_mO_3m+1]^2-）層沿c軸(zhou)方(fang)向有規律(lv)地(di)相(xiang)互(hu)交替(ti)排列而(er)成(cheng)，類(lei)鈣(gai)鈦礦結構中A位(wei)的(de)Bi原子相(xiang)對於氧(yang)八(ba)面體(ti)鏈(lian)沿a軸(zhou)的(de)偏離使(shi)得(de)晶胞形(xing)成(cheng)自發極化(hua)。因(yin)此(ci)，它(ta)們(men)也(ye)被稱作(zuo)鉍(bi)層狀(zhuang)結構鐵電(dian)體(ti)（BLSFs）。高(gao)靈(ling)敏度、高(gao)工作(zuo)溫(wen)度、高(gao)穩(wen)定(ding)性(xing)壓(ya)電(dian)器(qi)件需(xu)要壓(ya)電(dian)材料(liao)具(ju)有高壓(ya)電(dian)系(xi)數(shu)（d₃₃）、高(gao)居(ju)裏(li)溫度（T_C）、高(gao)電(dian)阻(zu)率(lv)（ρ）以(yi)及良(liang)好(hao)的熱(re)穩(wen)定(ding)性(xing)（抗(kang)熱(re)退(tui)極化(hua)、介電(dian)常數(shu)的溫(wen)度系(xi)數(shu)等）。對BLSFs的(de)摻(chan)雜(za)改性往往又(you)很(hen)難兼顧其T_C的(de)穩(wen)定(ding)和(he)d₃₃的(de)提(ti)升(sheng)，特(te)別是通(tong)常的施主(zhu)摻(chan)雜提(ti)升(sheng)材料(liao)的電(dian)阻(zu)率(lv)後(hou)，又(you)很(hen)難保持其良(liang)好(hao)的熱(re)穩(wen)定(ding)性(xing)。

鈮(ni)酸(suan)鈦鉍(bi)（Bi₃TiNbO₉，簡稱BTN）由壹層鉍(bi)氧(yang)層（[Bi₂O₂]²⁺）和(he)兩層類(lei)鈣(gai)鈦礦層（[BiTiNbO₇]^2-）沿c軸(zhou)交(jiao)錯(cuo)間(jian)隔構成(cheng)，因(yin)為(wei)其(qi)具(ju)有很(hen)高(gao)的居(ju)裏(li)溫度（T_C=914 ℃），有望應用於工作(zuo)溫(wen)度高(gao)於482 ℃的(de)超(chao)高(gao)溫(wen)壓(ya)電(dian)器(qi)件之中。但(dan)純BTN陶(tao)瓷(ci)表(biao)現(xian)出極低的(de)壓(ya)電(dian)性(xing)能(neng)（d₃₃~3 pC/N）和(he)很(hen)低(di)的高溫電(dian)阻(zu)率(lv)（600 ℃下(xia)，往(wang)往(wang)只有10³ Ω·cm數(shu)量級(ji)），熱(re)穩(wen)定(ding)性(xing)也(ye)很(hen)不(bu)理想。這(zhe)些缺(que)點(dian)大大地(di)限(xian)制(zhi)了其在高溫(wen)環(huan)境(jing)下(xia)的(de)實(shi)際應用。