Mechanisms, Characterization, and Applications of Nonlinearities in Piezoelectric Ceramics
Year: 2026
Type: article
Abstract: 压电陶瓷的宏观介电与压电响应通常同时包含晶格本征贡献和与畴壁运动相关的非本征贡献，其中非本征贡献在许多高性能压电陶瓷中占据重要甚至主导地位，且其响应随外加电场等条件的变化表现出显著的非线性。然而，畴壁运动的表征难以兼顾便利性与准确性，亟需一种便捷的宏观电学测试方法，为探究其微观机制提供依据。非线性测试与谐波分析通过提取不同阶次谐波的幅值和相位，为识别畴壁运动相关的微弱非线性响应提供了途径。本文首先梳理了谐波分析方法的发展历程，并说明其相较其他表征手段的优势。随后，从谐波分量的几何特征、物理模型及实验唯象规律等角度，系统讨论一阶、二阶和三阶谐波的产生机制及其与滞回损耗、畴壁运动、畴翻转和缺陷钉扎等物理过程之间的关系。在此基础上，总结PZT、PMN、PMN-PT及BiFeO3等典型铁电和弛豫铁电体系中的非线性与谐波响应特征，分析其在区分本征与非本征贡献、揭示畴壁运动与畴翻转动力学及辨析材料缺陷钉扎行为等方面的应用。最后介绍基于锁相放大技术的谐波分析测试原理与系统构建方法，并对无铅压电陶瓷中的非线性研究及新型理论模型的发展方向进行展望。本文旨在为利用非线性电学响应研究压电陶瓷的微观畴壁运动行为及材料性能优化提供参考。
Source: Acta Physica Sinica
Authors: JIA Siyuan, JIANG Yuqi, ZHANG Maohua, WANG Ke
Language: English
Subfield: Materials Chemistry
Field: Materials Science
Domain: Physical Sciences
Open Access status: diamond
OpenAlex ID: W7225429002