鉍層狀結構高溫壓電陶瓷是重要的功能材料，其典型代表鈦酸鉍（Bi4Ti3O12，簡 稱BIT）是國際上482℃高溫壓電振動傳感器用壓電材料的首選，在高溫、高輻照、復雜振動等嚴苛環(huán)境下對關鍵裝備的振動監(jiān)測和健康管理。BIT壓電陶瓷的居里溫度（TC=675℃）高，但其晶體結構決定自發(fā)極化方向受到二維限制，因此導致壓電系數(shù)偏低，高溫電阻率較低導致漏電流偏大，制約了BIT壓電陶瓷在高溫領域中的實際應用。

近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所壓電陶瓷材料與器件研究團隊通過離子對效應和A/B位協(xié)同摻雜改性來提高BIT基陶瓷的壓電性能，并探究了結構與壓電性之間的構效關系。研究根據(jù)BIT的鐵電性起源，采用A/B位協(xié)同摻雜的策略，設計了 Bi4-xCexTi2.98(WNb)0.01O12壓電陶瓷體系。Ce/W/Nb協(xié)同摻雜顯著增強了與d33相關的PFM面外響應信號，同時疇壁變?yōu)楣饣矫?，減弱釘扎效應，壓電性能也大幅提高；極化處理后，Bi4-xCexTi2.98(WNb)0.01O12陶瓷的鐵電疇沿外電場方向排列更加充分，且重新定向的鐵電疇具有不可逆性。

研究采用協(xié)同摻雜的策略，獲得了一系列具有優(yōu)異壓電性能的BIT基陶瓷，最優(yōu)組分Bi3.97Ce0.03Ti2.98(WNb)0.01O12

陶瓷的壓電系數(shù)d33高達40.2 pC/N，這是目前報道的BIT基陶瓷壓電系數(shù)d33最大值。

BIT高溫壓電陶瓷材料正在進行高溫壓電振動傳感器的應用驗證，有望實現(xiàn)500℃及以上的高溫壓電陶瓷元件國產(chǎn)化。