(K，Na)NbO3基無鉛壓電陶瓷溫度穩(wěn)定性的研究與進(jìn)展

呂 想，吳家剛

(四川大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都 610065)

壓電材料因其獨(dú)特的機(jī)電轉(zhuǎn)換特性而成為換能器、傳感器、驅(qū)動(dòng)器等電子器件中的關(guān)鍵功能材料，被廣泛應(yīng)用于電子信息、能源、醫(yī)療健康、航空航天、汽車制造等領(lǐng)域[1]，在國(guó)防建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有著不可或缺的地位，因此成為當(dāng)前各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的科技焦點(diǎn)之一.當(dāng)前鋯鈦酸鉛[Pb(Zr，Ti)O3，PZT]和鈮鎂鈦酸鉛[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3，PMN-PT]等鉛基壓電材料主導(dǎo)全球壓電器件市場(chǎng)[2]，市值約為290 億美元/年，并逐年增加.

當(dāng)上述曲面為球面時(shí)，設(shè)球面為Sβ，如圖4所示，其中oimmobile-ximmobileyimmobilezimmobile為實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系.此時(shí)，(10)式中的Gauss曲率K為球面半徑平方的倒數(shù).若沿Sβ上的一條閉曲線平移矢量一周后，與平移前相比的角度差別為：

然而鉛基壓電材料在其制備、使用、回收和廢棄過程中會(huì)嚴(yán)重危害人類健康和污染環(huán)境，因此包括中國(guó)、日本、歐盟以及美國(guó)在內(nèi)的國(guó)家或地區(qū)都相繼頒布相關(guān)的法律法規(guī)來限制或禁止有毒鉛(Pb)元素在電子器件中的使用[3].特別是，歐盟于2017年8月再次更新《Restriction Of Hazardous Substances》(RoHS 2.0)并明確規(guī)定2021年歐盟不再豁免部分鉛基壓電產(chǎn)品，并將審查周期從五年縮短為三年[4].因此，研究和開發(fā)高性能環(huán)境友好型無鉛壓電材料已成為國(guó)際壓電鐵電領(lǐng)域的研究前沿之一，吸引了全球?qū)W者的重點(diǎn)關(guān)注，同時(shí)對(duì)我國(guó)及全球的綠色發(fā)展具有重要的科學(xué)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，符合我國(guó)“綠色中國(guó)”的發(fā)展目標(biāo).鈣鈦礦結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷具有“結(jié)構(gòu)—性能”的組分可調(diào)控性以及較好的綜合性能被研究者廣泛研究[5].其中，鈮酸鉀鈉(K0.5Na0.5NbO3，KNN)基無鉛壓電陶瓷因其較好的壓電性能和高的居里溫度而被認(rèn)為是最有望部分取代鉛基壓電陶瓷的候選者之一[6－7].

雖然KNN 陶瓷擁有較好的壓電性能和高的居里溫度，但是相比商用鉛基壓電陶瓷，其綜合電學(xué)性能(尤其壓電性能和溫度穩(wěn)定性)仍顯不足[7].為此，過去的研究主要集中在相界構(gòu)建、制備技術(shù)革新、添加助燒劑等手段來提升KNN 陶瓷的壓電性能[7].尤其，通過離子取代和/或第二組元添加構(gòu)建的相界能有效提升KNN 基陶瓷的電學(xué)性能.例如，近年來通過同時(shí)移動(dòng)三方-正交和正交-四方相轉(zhuǎn)變溫度至室溫來構(gòu)建多相共存，實(shí)現(xiàn)了壓電性能的連續(xù)突破(壓電系數(shù)d33＝490～680 pC/N)[8-10]，可媲美部分商用鉛基壓電陶瓷；利用織構(gòu)模板反應(yīng)法兼具相界構(gòu)建，可將KNN 基陶瓷的d33提升至700 pC/N[11].

然而相比發(fā)展迅速的壓電性能，KNN 基陶瓷的溫度穩(wěn)定性仍處于起步階段，主要?dú)w結(jié)于其多晶型相變的特點(diǎn)[12].多晶型相變依賴于溫度和組分，因此使得KNN 基陶瓷的壓電性能呈現(xiàn)出較強(qiáng)的溫度依賴性，十分不利于實(shí)際應(yīng)用，成為鐵電壓電領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)之一.本文基于國(guó)內(nèi)外最新研究結(jié)果，先對(duì)溫度穩(wěn)定性表征進(jìn)行簡(jiǎn)要評(píng)述，然后匯總了當(dāng)前幾類有效提升KNN 基陶瓷溫度穩(wěn)定性的方法，最后對(duì)今后KNN基陶瓷溫度穩(wěn)定性的研究方向進(jìn)行了展望.

1 溫度穩(wěn)定性表征方式

1.1 原位變溫d33測(cè)試

當(dāng)陸游一時(shí)的創(chuàng)作心境達(dá)到相對(duì)平和的境界時(shí)，他甚至有“平生幽事還拈起，未覺巴山異故鄉(xiāng)”(《林亭書事》)的平等感悟。因此在梁益時(shí)期，陸游的情緒也并非全是哀愁傷感，他筆下的地域也并非都籠罩著慘淡悲涼。

1.2 原位電致應(yīng)變測(cè)試

原位電致應(yīng)變的基本原理為:在不同溫度下，對(duì)陶瓷施加一個(gè)電場(chǎng)(通常為大電場(chǎng))，利用激光干涉測(cè)量樣品的形變.目前，已有成熟的商業(yè)測(cè)試儀器，如德國(guó)aixACCT 公司所生產(chǎn)的TF Analyzer 2000 設(shè)備.因此，該方法實(shí)際上表征的是在有較高電場(chǎng)下壓電陶瓷的電致應(yīng)變.因此該方法所測(cè)的變溫應(yīng)變適用于作為驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用的溫度穩(wěn)定性.

高性能KNN 基陶瓷的相界大多被調(diào)控至室溫，因此在室溫處呈現(xiàn)出增強(qiáng)的電致應(yīng)變.然而當(dāng)環(huán)境溫度稍微升高時(shí)，電致應(yīng)變則會(huì)因?yàn)檫h(yuǎn)離相界而出現(xiàn)顯著下降.為此，Lv 等人設(shè)計(jì)了(0.99-x)(K0.5Na0.5)(Nb0.965Sb0.035)O3-0.01SrZrO3-x(Bi0.5Na0.5)ZrO3(簡(jiǎn)寫為 KNNS-SZ-xBNZ) 陶瓷體系[15]， 通過調(diào)節(jié)(Bi0.5Na0.5)ZrO3的含量，將相界溫度點(diǎn)調(diào)控至不同的溫度點(diǎn)，即調(diào)控至室溫和調(diào)控至稍高于室溫.原位變溫應(yīng)變測(cè)試結(jié)果表明，具有室溫相界的組分，其應(yīng)變隨著溫度升高而顯著降低，在25～180 ℃內(nèi)，變化幅度為-26%；具有溫度稍高于室溫相界的組分，其應(yīng)變隨溫度先增加后降低，在25～180 ℃內(nèi)，變化幅度為-5%～＋20%，如圖2(a)所示.最后，作者構(gòu)建了一個(gè)簡(jiǎn)易模型來說明相界溫度點(diǎn)對(duì)KNN 基陶瓷應(yīng)變的影響，發(fā)現(xiàn)將相界溫度點(diǎn)移動(dòng)至稍高于室溫會(huì)得到一個(gè)較好的變溫應(yīng)變性能，如圖2(b)所示.

1.3 退火

中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)陳全訓(xùn)出席投產(chǎn)儀式，青海省副省長(zhǎng)王黎明宣布項(xiàng)目投產(chǎn)，集團(tuán)公司黨委書記、董事長(zhǎng)張永利，西寧市委常委、西寧(國(guó)家級(jí))經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)管委會(huì)常務(wù)副主任許國(guó)成分別致辭。

2 (K，Na)NbO3 基陶瓷溫度穩(wěn)定性調(diào)控手段

除了上述調(diào)控相界所處的溫度點(diǎn)，研究人員還提出將相界拓寬，構(gòu)建一個(gè)具有較寬溫區(qū)的相界(即彌散相界)，以此來實(shí)現(xiàn)在較寬溫區(qū)內(nèi)都獲得壓電性能和應(yīng)變的增強(qiáng)，保證良好溫度穩(wěn)定性，如圖3所示.例如，Liu 等人設(shè)計(jì)了0.925(LixNa0.53K0.48-x) NbO3-0.065BaZrO3-0.01(Bi0.5Na0.5)TiO3(簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)xKNN-6.5BZ-1BNT)陶瓷體系，并在L0.02KNN-6.5BZ-1BNT組分處獲得了彌散相界[16].結(jié)果表明，該組分表現(xiàn)出增強(qiáng)的室溫應(yīng)變和較好的溫度穩(wěn)定性，即在25～100 ℃內(nèi)，應(yīng)變不衰減.此外，Xi 等人設(shè)計(jì)了0.965(K0.48Na0.52) NbO3-0.035(Bi0.5Li0.5) ZrO3(簡(jiǎn)寫為KNN-0.035BLZ)陶瓷組分，并獲得了彌散相界[17].結(jié)果表明，該陶瓷呈現(xiàn)出較高的d33＝300 pC/N，并且在25～80 ℃，d33不僅不衰減，反而少量提升.因此，彌散相界能有效提升KNN 基陶瓷d33和應(yīng)變溫度穩(wěn)定性.

2.1 共存相比例調(diào)控

織構(gòu)法(Texturing)是在陶瓷制備過程中加入具有一定取向的模板，使得最終所制得的陶瓷具有一定取向度.如果選擇合適的模板和控制模板的含量，陶瓷的取向度往往甚至能達(dá)到95%～99%的水平.織構(gòu)法因其高的取向特性，被廣泛用于提升壓電陶瓷的壓電性能.此外，研究者還發(fā)現(xiàn)織構(gòu)法同時(shí)也能有效提升KNN 基陶瓷d33和應(yīng)變的溫度穩(wěn)定性.例如，Saito等人將織構(gòu)法與正交-四方(O-T)相界結(jié)合，制備得到了(K0.44Na0.52Li0.04)(Nb0.86Ta0.10Sb0.04)O3織構(gòu)陶瓷(簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)F4T)[18].相比非織構(gòu)LF4 陶瓷低的室溫d33＝300 pC/N 和差的應(yīng)變溫度穩(wěn)定性，LF4T 織構(gòu)陶瓷不但具有高的室溫d33＝416 pC/N，并且在25～160 ℃內(nèi)，應(yīng)變呈現(xiàn)出可媲美商用PZT4 陶瓷的大小和穩(wěn)定性，表明具有良好的應(yīng)用前景.此外，研究者還發(fā)現(xiàn)織構(gòu)法也能有效提升KNN 基陶瓷d33的溫度穩(wěn)定性.例如，Gao 等人制備得到具有＜001 ＞pc取向的0.97(K0.48Na0.52)(Nb0.96Sb0.04)O3-0.03(Bi0.5Ag0.5)ZrO3( 簡(jiǎn)寫為 KNNS-0.03BAZ) 陶瓷[19].KNNS-0.03BAZ 陶瓷不但呈現(xiàn)出高的室溫d33＝505 ±25 pC/N 和應(yīng)變(S＝0.20% ＠E＝40 kV/cm)，同時(shí)在25～200 ℃內(nèi)，原位變溫d33的變化率小于22%；在30～150℃內(nèi)，原位變溫應(yīng)變不衰減且增加，增幅率小于5.7%.因此，織構(gòu)法與相界的組合，能同時(shí)提升KNN 基陶瓷的壓電性能并且保持較好的溫度穩(wěn)定性.然而需要指出的是，織構(gòu)法相對(duì)復(fù)雜且高成本，不利于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn).

圖1 KNN-xBNZ-yAS-Fe 陶瓷不同組分處原位變溫d33數(shù)值Fig.1 In-situ temperature-dependent d33 values of KNN-xBNZ-yAS-Fe ceramics with different compositions

2.2 相變溫度點(diǎn)

為了能夠更好地分析矩形開口諧振環(huán)的共振特性，從LC諧振電路的角度進(jìn)行分析。開口環(huán)的基本共振模式可以等效為獨(dú)立LC共振器的集合響應(yīng)，共振頻率公式[13-17]為：

圖2 相變溫度點(diǎn)調(diào)控策略(a)KNNS-SZ-xBNZ 陶瓷原位變溫應(yīng)變；(b)相界溫度點(diǎn)對(duì)KNN 基陶瓷應(yīng)變溫度穩(wěn)定性的影響Fig.2 The strategy of controlling phase transition temperature points(a) In-situ temperature-dependent strain of KNNS-SZ-xBNZ ceramics；(b) the effect the phase transition temperature on the temperature stability of strain of KNN-based ceramics

2.3 彌散相界

為了提升KNN 基壓電陶瓷的溫度穩(wěn)定性，研究者近年來主要提出了共存相比例調(diào)控、共存相溫度點(diǎn)調(diào)控、構(gòu)建擴(kuò)散相界、復(fù)合陶瓷、織構(gòu)法以及添加金屬氧化物等調(diào)控手段.下面將一一介紹這些調(diào)控手段.

圖3 彌散相界構(gòu)建示意圖Fig.3 Schematic diagram of constructing the diffused phase boundary

2.4 織構(gòu)法

鑒于多相共存能提升KNN 基陶瓷的d33，研究者期望通過調(diào)控多相共存的相比例，提升d33的同時(shí)保證較好的溫度穩(wěn)定性.例如，Zheng 等人設(shè)計(jì)了(1-xy) (K0.48Na0.52) NbO3-x(Bi0.5Na0.5) ZrO3-yAgSbO3-Fe2O3(簡(jiǎn)寫為KNN-xBNZ-yAS-Fe)陶瓷體系[14]，發(fā)現(xiàn)在x/y＝0.05/0 時(shí)陶瓷的相結(jié)構(gòu)為三方:正交:四方≈12∶58∶30，室溫d33約為400 pC/N；在x/y＝0.04/0.05 時(shí)陶瓷的相結(jié)構(gòu)為三方:正交:四方≈25∶35∶40，室溫d33約為500 pC/N.通過原位變溫d33測(cè)試發(fā)現(xiàn)，x/y＝0.05/0 和x/y＝0.04/0.05 陶瓷的d33在25～100 ℃內(nèi)，下降幅度分別為15%和24%，如圖1所示.因此，調(diào)控共存相比例在有效提升d33的同時(shí)，能較大程度上維持溫度穩(wěn)定性，從而獲得較好的綜合性能.

原位變溫測(cè)試的基本原理為:將極化后的壓電陶瓷放置于測(cè)試儀器上，原位升溫的同時(shí)施加一個(gè)小的壓力或小的高頻交流電壓，測(cè)量樣品表面電荷的變化或樣品的形變，以此測(cè)得不同溫度下小信號(hào)壓電系數(shù)(d33)的變化.施加壓力所測(cè)得的為正壓電系數(shù)，施加交流電壓所測(cè)得的為逆壓電系數(shù)，兩者在數(shù)值上相等.前者目前具有商業(yè)測(cè)試儀器，后者為研究人員自建設(shè)備[13].該方法所測(cè)的變溫d33適用于評(píng)估作為壓電傳感器應(yīng)用的溫度穩(wěn)定性.

2.5 金屬氧化物

金屬氧化物常用于改性KNN 基陶瓷的燒結(jié)特性，比如降低燒結(jié)溫度和增加致密性等.Zhang 等人將通過對(duì)0.92(Na0.5K0.5)NbO3-0.02(Bi0.5Li0.5)TiO3-0.06BaZrO3(簡(jiǎn)寫為KNN-BLT-BZ)陶瓷體系中加入少量的氧化錳(MnO2)，通過精細(xì)調(diào)節(jié)MnO2的含量(1.5%質(zhì)量比)，不但有效提升了KNN-BLT-BZ 陶瓷的應(yīng)變大小，并且還獲得了較高溫度穩(wěn)定性[20].因此，添加適當(dāng)?shù)慕饘傺趸锸且环N能提升KNN 基陶瓷應(yīng)變溫度穩(wěn)定性的有效策略.

2.6 復(fù)合陶瓷

前述幾種方法均是針對(duì)單相KNN 陶瓷體系來進(jìn)行d33或應(yīng)變的溫度穩(wěn)定性調(diào)控.眾所周知，復(fù)合材料是一種能有效將兩種及以上材料的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方法，因此被廣泛用于各類材料的綜合性能提升.因此，研究者也嘗試?yán)脧?fù)合陶瓷的手段來對(duì)KNN基陶瓷進(jìn)行溫度穩(wěn)定性的調(diào)控，主要有0-3 型、2-2 型以及核殼結(jié)構(gòu)等復(fù)合類型，下面將簡(jiǎn)要介紹各復(fù)合類型的研究進(jìn)展.

退火測(cè)試的基本原理為:將極化后的壓電陶瓷放置于馬弗爐等加熱設(shè)備，在某一設(shè)置溫度下保溫一定時(shí)長(zhǎng)，然后冷卻至室溫，測(cè)量其壓電系數(shù).因此，該方法沒辦法表征壓電陶瓷在工作溫度的實(shí)時(shí)壓電性能，只能一定程度上反映壓電陶瓷的抗熱沖擊能力.因此，為了能更加真實(shí)地評(píng)估壓電陶瓷的溫度穩(wěn)定性，研究者們?cè)跅l件允許的情況應(yīng)該盡可能選取前兩種方式來進(jìn)行表征.

高性能KNN 基陶瓷在高溫下性能的惡化與極化狀態(tài)的退去密切相關(guān)，因此如果能有效穩(wěn)固高溫下的極化狀態(tài)，那么有望改性其溫度穩(wěn)定性.基于此，Lv等人以高性能0.96(K0.44Na0.56)(Nb0.95Sb0.05)O3-0.04Bi0.5(Na0.18K0.82)0.5ZrO3(簡(jiǎn)寫為KNNS-BNKZ)陶瓷為基體，加入少量具有極性的氧化鋅(ZnO)為增強(qiáng)劑，構(gòu)筑了0-3 型KNNS-BNKZ:ZnO 復(fù)合陶瓷[21].該復(fù)合陶瓷表現(xiàn)出增強(qiáng)的應(yīng)變溫度穩(wěn)定性以及室溫高壓電系數(shù)(d33＝400-500 pC/N)，如圖4所示.結(jié)果分析表明，Sb 摻雜的ZnO 極性顆粒產(chǎn)生的肖特基勢(shì)壘補(bǔ)償電場(chǎng)促進(jìn)了應(yīng)變溫度穩(wěn)定性.

圖4 KNNS-BNKZ:ZnO 復(fù)合陶瓷的壓電性能和應(yīng)變溫度穩(wěn)定性Fig.4 Piezoelectric properties and temperature stability of strain of KNNS-BNKZ:ZnO composite ceramics

雖然針對(duì)KNN 基陶瓷的應(yīng)變溫度穩(wěn)定性開展相關(guān)了大量研究，但是如何有效提升KNN 基陶瓷d33的溫度穩(wěn)定性仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，這主要?dú)w結(jié)于其相界具有嚴(yán)重的溫度依賴性，并且原位測(cè)試是在接近零場(chǎng)條件下測(cè)試.考慮到相界是提升KNN 基陶瓷最有效的手段，Zheng 等人創(chuàng)新地提出將具有不同相界溫度點(diǎn)的KNN 陶瓷組分按照2-2 型復(fù)合方式進(jìn)行組分梯度復(fù)合，在較寬溫區(qū)內(nèi)都保留相變溫度點(diǎn)，以此來實(shí)現(xiàn)d33和應(yīng)變溫度穩(wěn)定性的雙重提升[22].通過將(1-x)(K0.48Na0.52)(Nb0.955Sb0.045)O3-xBi0.5Na0.5ZrO3-0.2%Fe2O3(簡(jiǎn)寫為(1-x)KNNS-xBNZ-Fe，其中x＝0.01 為S1 組分，x＝0.02 為S2 組分，x＝0.03 為S3組分，x＝0.04 為S4 組分)體系陶瓷的S1-S4 組分按照2-2 型疊層復(fù)合，最終得到了S1-S2-S3-S4 的復(fù)合陶瓷，如圖5(a)所示.測(cè)試結(jié)果表明，該復(fù)合陶瓷呈現(xiàn)出高d33＝330 pC/N，并且在20～100 ℃范圍內(nèi)幾乎保持不變，如圖5(b)所示.與此同時(shí)，應(yīng)變也呈現(xiàn)出良好的溫度穩(wěn)定性.相場(chǎng)模擬結(jié)果表明，各組分間的補(bǔ)償效應(yīng)、應(yīng)力梯度以及相變溫度點(diǎn)是d33和電致應(yīng)變溫度穩(wěn)定性增強(qiáng)的主要貢獻(xiàn).隨后，Zheng 等人對(duì)復(fù)合陶瓷的基體成分進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，采用相同的復(fù)合方式，制備得到了溫度穩(wěn)定性更為優(yōu)異的KNN基復(fù)合陶瓷[23].與此同時(shí)，Li 等人采用直接將不同組分陶瓷壓制在一起燒結(jié)，也獲得了具有成分梯度變化的復(fù)合陶瓷，并且該陶瓷呈現(xiàn)出高d33＝508 pC/N 和優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性(在25～150 ℃內(nèi)變化，d33的變化率小于13%)[24].因此，將不同組分的KNN 基陶瓷按照2-2 型進(jìn)行復(fù)合，是有效提升d33溫度穩(wěn)定性的手段之一，值得被進(jìn)一步研究.

圖5 組分梯度KNN 基復(fù)合陶瓷(a)構(gòu)建示意圖及其(b)d33溫度穩(wěn)定性Fig.5 Compositionally graded KNN-based composite ceramics(a) Schematic diagram and (b) temperature stability of d33 of compositionally graded KNN-based composite ceramics

除了上述典型0-3 型和2-2 型復(fù)合陶瓷外，研究人員還在KNN 陶瓷中構(gòu)筑了具有核殼結(jié)構(gòu)(coreshell)的KNN 基陶瓷，以此實(shí)現(xiàn)了應(yīng)變性能和溫度穩(wěn)定性的雙重提升.例如，Zhang 等人采用放電等離子燒結(jié)(Spark Plasma Sintering，SPS)制備得到了具有核殼結(jié)構(gòu)的0.965 (Na0.49K0.49Li0.02) (Nb0.8Ta0.2) O3-0.035CaZrO3(簡(jiǎn)寫為KNN-3.5CZ)陶瓷[25].傳統(tǒng)固相燒結(jié)制備的KNN-3.5CZ 陶瓷不但呈現(xiàn)出較低的應(yīng)變，并且隨著溫度升高而逐漸降低.與之相反，具有核殼結(jié)構(gòu)的KNN-3.5CZ 陶瓷表現(xiàn)出更高的應(yīng)變，并且在25～150 ℃內(nèi)不斷增加，表現(xiàn)出可媲美部分商用鉛基壓電陶瓷的水平.因此，核殼結(jié)構(gòu)也是一種有效提升KNN 基陶瓷應(yīng)變溫度穩(wěn)定性的策略.

沈老七是河口最富有的莊園主，這垸里肥得流油的河沙地大多是他置下的。沈家大院有三進(jìn)四十八大間，是這方圓百里最氣派的莊園。那時(shí)時(shí)局很亂，常常有兵隊(duì)路過河口，他家就成了不折不扣的兵站。雖然折了些錢財(cái)?shù)蚣乙策€算平安無事。不過，那年日本人打過長(zhǎng)江駐進(jìn)沈家大院以后卻引來了血光之災(zāi)。

3 研究展望

雖然目前提出了一些有效提升KNN 基陶瓷溫度穩(wěn)定性的調(diào)控手段，但是相比綜合性能優(yōu)異的鉛基壓電陶瓷而言，仍存在明顯的差距，限制其實(shí)際應(yīng)用的進(jìn)程，特別是d33與溫度穩(wěn)定性共高這一關(guān)鍵科學(xué)問題仍需要深入研究并徹底解決.從材料設(shè)計(jì)的角度來看，單組分陶瓷體系由于多晶型相界的特征難以滿足d33與溫度穩(wěn)定性共高，需要其他因素來，如構(gòu)建0-3和2-2 型等復(fù)合陶瓷.這些“外協(xié)”因素則是提升KNN基陶瓷d33溫度穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，因此需要大力挖掘有效的復(fù)合陶瓷.從制備技術(shù)的角度來看，致密度的提升能有助于壓電陶瓷溫度穩(wěn)定性的提升.因此在材料設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用先進(jìn)的制備技術(shù)(如放電等離子燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、微波燒結(jié)等)將陶瓷的致密度提升，有望進(jìn)一步提升KNN 陶瓷的溫度穩(wěn)定性.最后，隨著可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保意識(shí)的不斷提升，壓電陶瓷部分無鉛化是必然的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)無鉛壓電陶瓷與器件的研究也必將愈來愈深入.