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  5. Precipitation Hardening in Ferroelectric Ceramics
 
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2021
Zweitveröffentlichung
Artikel
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Precipitation Hardening in Ferroelectric Ceramics

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TUDa URI
tuda/8443
URN
urn:nbn:de:tuda-tuprints-209966
DOI
10.26083/tuprints-00020996
Autor:innen
Zhao, Changhao ORCID 0000-0003-3739-8406
Gao, Shuang ORCID 0000-0001-6136-3567
Yang, Tiannan
Scherer, Michael ORCID 0000-0002-4232-3399
Schultheiß, Jan ORCID 0000-0001-7389-1295
Meier, Dennis
Tan, Xiaoli
Kleebe, Hans‐Joachim ORCID 0000-0001-8850-1771
Chen, Long‐Qing
Koruza, Jurij ORCID 0000-0002-0258-6709
Rödel, Jürgen ORCID 0000-0002-8975-7741
Kurzbeschreibung (Abstract)

Domain wall motion in ferroics, similar to dislocation motion in metals, can be tuned by well‐concepted microstructural elements. In demanding high‐power applications of piezoelectric materials, the domain wall motion is considered as a lossy hysteretic mechanism that should be restricted. Current applications for so‐called hard piezoelectrics are abundant and hinge on the use of an acceptor‐doping scheme. However, this mechanism features severe limitations due to enhanced mobility of oxygen vacancies at moderate temperatures. By analogy with metal technology, the authors present here a new solution for electroceramics, where precipitates are utilized to pin domain walls and improve piezoelectric properties. Through a sequence of sintering, nucleation, and precipitate growth, intragranular precipitates leading to a fine domain structure are developed as shown by transmission electron microscopy, piezoresponse force microscopy, and phase‐field simulation. This structure impedes the domain wall motion as elucidated by electromechanical characterization. As a result, the mechanical quality factor is increased by ≈50% and the hysteresis in electrostrain is suppressed considerably. This is even achieved with slightly increased piezoelectric coefficient and electromechanical coupling factor. This novel process can be smoothly implemented in industrial production processes and is accessible to simple laboratory experimentation for microstructure optimization and implementation in various ferroelectric systems.

Freie Schlagworte

dielectrics

electromechanical har...

ferroelectrics

mechanical quality fa...

precipitation

Sprache
Englisch
Fachbereich/-gebiet
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Nichtmetallisch-Anorganische Werkstoffe (2025 umbenannt in "Fachgebiet Funktionskeramiken")
DDC
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 660 Technische Chemie
Institution
Universitäts- und Landesbibliothek Darmstadt
Ort
Darmstadt
Titel der Zeitschrift / Schriftenreihe
Advanced Materials
Jahrgang der Zeitschrift
33
Heftnummer der Zeitschrift
36
ISSN
1521-4095
Verlag
Wiley-VCH
Ort der Erstveröffentlichung
Weinheim
Publikationsjahr der Erstveröffentlichung
2021
Verlags-DOI
10.1002/adma.202102421
PPN
515641030
Artikel-ID
2102421

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