Новый взгляд на бессвинцовые пьезоэлектрики

Группа ученых из Китая и России, в состав которой вошел директор Высшей инженерно-физической школы СПбПУ Роман Бурковский, впервые вырастила монокристаллы состава BNT-8BA (92% BNT и 8% BiAlO₃). Исследование описано в журнале Journal of the European Ceramic Society (Q1). Максимальный размер полученного кристалла — почти сантиметр. При комнатной температуре его пьезоэлектрический коэффициент составил 164 пКл/Н — выше, чем у керамики того же состава, но ниже, чем у некоторых родственных материалов.

Авторы выяснили, что в исходном состоянии кристалл ведет себя как «неупорядоченный» диэлектрик. Но при подаче электрического поля он необратимо переходит в ферроэлектрическое состояние — то есть приобретает постоянную поляризацию.

Главный результат — температурная карта того, что происходит с кристаллом при нагреве. От комнатной температуры до 82 °C пьезоотклик растет до 200 пКл/Н. При этом процесс переполяризации вместо одного этапа разбивается на два — важная деталь для тех, кто хочет управлять свойствами материала.

В интервале 117–220 °C внутри кристалла сосуществуют две фазы: упорядоченная ферроэлектрическая и разупорядоченная. Это вызывает аномалии пьезоотклика. Выше 300 °C, по данным рентгеновской дифракции и оптической микроскопии, кристалл перестраивается: одна кристаллическая структура сменяется другой.

Оригинал статьи: Temperature-driven evolution of polar states and phase transitions in 92(Bi0.5Na0.5)TiO3-8BiAlO3 single crystals near the morphotropic phase boundary. Journal of the European Ceramic Society, 2025, 45 (16).