Perte diélectrique ultra-faible et température de dépolarisation élevée obtenues dans des piézocéramiques à base de (K,Na)NbO₃ par modulation de la migration des porteurs et de la dynamique des domaines

RÉSUMÉ L'efficacité opérationnelle et la fiabilité des piézocéramiques sans plomb sont sévèrement limitées par une perte diélectrique élevée et une stabilité thermique inadéquate. Bien que des améliorations de la piézoélectricité aient été réalisées dans les systèmes à base de (K,Na)NbO₃ (KNN), un défi important subsiste : la co-régulation efficace de ces deux propriétés, puisque l'augmentation de la piézoélectricité conduit souvent à une perte diélectrique accrue et à une détérioration de la stabilité thermique. Ce travail présente une solution stratégique qui régule de manière synergique la migration des porteurs et la dynamique des domaines via l'ingénierie des défauts. Dans des piézocéramiques à base de KNN dopées par 0,3 mol% de CuO, nous obtenons une perte diélectrique ultra-faible sans précédent de 0,3 %, un coefficient piézoélectrique supérieur (d33) de 264 pC/N, une température de dépolarisation élevée (Td) de 285°C, ainsi qu'une excellente stabilité face au vieillissement thermique et au vieillissement à long terme. Les études mécanistiques révèlent que la faible perte provient de la suppression du basculement de polarisation et du mouvement des parois de domaine induite par les lacunes en oxygène, couplée à une faible conductivité ionique. De plus, l'analyse in situ par microscopie électronique en transmission à chauffage montre qu'une architecture hiérarchique stable des domaines soutient les propriétés thermiques piézoélectriques supérieures. Ce travail établit un nouveau paradigme pour la conception de piézocéramiques sans plomb qui surmontent simultanément les défis de longue date de la perte diélectrique et de la température de dépolarisation élevée, ouvrant la voie à des systèmes piézoélectriques hautement efficaces et fiables.