ZEM台式扫描电镜助力高温压电陶瓷性能突破

在航空航天、核能等极端工况中，高温压电陶瓷是实现机电能量转换的核心材料。然而，传统材料如锆钛酸铅（PZT）受限于居里温度低、高温性能衰减等问题，难以满足现代工业需求。近期，武汉理工大学研究团队利用ZEPTOOLS ZEM系列台式扫描电镜，成功开发出新型三元压电陶瓷（PIN-BS-xPT），在高压电响应与高温稳定性协同优化上取得重要进展。

研究聚焦于BiScO₃-PbTiO₃（BS-PT）体系，通过引入高居里温度的弛豫铁电体Pb(In₁/₂Nb₁/₂)O₃（PIN），构建了PIN-BS-xPT三元固溶体。借助ZEM扫描电镜的高分辨率成像与成分分析能力，团队系统解析了陶瓷的相结构演变与微观形貌。X射线衍射与Rietveld精修显示，随着PbTiO?含量增加，材料晶体结构从菱方相过渡到四方相，并在准同型相界（MPB）区域实现多相共存，压电性能显著提升。

图 PIN-BS-xPT陶瓷的温度稳定性

实验结果表明，优化后的PIN-BS-0.59PT陶瓷展现出d??=522 pC/N的高压电系数，居里温度达402°C，且在300°C退火后仍保留90%的初始性能。扫描电镜观测显示，材料微观结构致密、晶粒均匀，确保了优异的机械强度。更值得关注的是，该陶瓷在30–200°C温域内应变波动仅为13.5%，抗热退极化能力远超传统BS-PT体系，为高温执行器与传感器提供了可靠材料解决方案。

ZEPTOOLS ZEM台式扫描电镜在此研究中发挥了关键作用。其快速成像、高灵敏信号探测及多样化的原位分析功能，助力团队精准捕捉相结构变化与畴壁运动机制。设备紧凑的设计与低环境要求，也为高校、企业开展高温材料研究降低了门槛。

这一成果不仅推动了高温压电陶瓷的技术革新，更为航空航天作动器、核反应堆传感器等高端装备的轻量化与高性能化奠定基础。随着原位表征技术的持续发展，ZEPTOOLS ZEM系列设备或将成为解锁复杂材料性能密码的“利器”，加速国产高端功能材料的研发与应用进程。