无铅压电陶瓷的制备【开题报告】
NKN基无铅压电陶瓷的制备与性能研究的开题报告
NKN基无铅压电陶瓷的制备与性能研究的开题报告一、背景和研究意义无铅化已成为压电陶瓷材料领域的研究热点，主要是为了减少对环境的污染，满足环保需求。
目前，常用的无铅化压电陶瓷材料主要有BNT类（Bi0.5Na0.5TiO3）、KNNT 类（K0.5Na0.5NbO3）、BT类（BaTiO3）等。
然而，这些材料中仍存在一些问题，如高温极化难度大、热稳定性差等。
因此，有必要研究新型无铅化压电陶瓷材料。
NKN（Na0.5K0.5NbO3）是一种新兴的无铅化压电陶瓷材料，具有良好的压电性能、热稳定性以及较高的居里温度等优点。
因此，研究NKN基无铅压电陶瓷的制备和性能具有重要的理论和实际意义。
二、研究内容和方法（一）研究内容本研究将以NKN为基础，探究制备新型无铅压电陶瓷的方法，并分析其性能。
具体内容如下：1. 设计实验方案，制备NKN基无铅压电陶瓷。
2. 通过XRD、SEM、TEM等手段对材料的微观结构进行分析。
3. 测量材料的压电性能、介电特性、热稳定性等。
（二）研究方法1. 材料制备方面，主要采用实验室合成、烧结等传统工艺，同时结合新型制备方法，如溶胶-凝胶法、水热法等。
2. 材料性能测试方面，主要采用压电测试仪、介电测试仪、热重分析仪等常规测试设备。
3. 材料结构分析方面，主要采用XRD、SEM、TEM等常规测试手段，并结合原子力显微镜和扫描电子显微镜等高精度测试手段。
三、预期成果和意义本研究将探究新型NKN基无铅压电陶瓷的制备与性能，预计将达到以下成果：1. 成功制备NKN基无铅压电陶瓷。
2. 分析材料的微观结构及其对性能的影响。
3. 比较不同制备方法对材料性能的影响。
4. 深入探究材料的压电性能、介电特性、热稳定性等。
本研究将为无铅化压电陶瓷材料的发展提供新思路和新方法，促进新型压电材料的发展和应用。
同时，为钠钾铌酸盐类压电材料的开发提供实验基础和数据支持。
BNT无铅压电陶瓷的制备己进展研究
BNT无铅压电陶瓷的制备己进展研究BNT（Bi0.5Na0.5TiO3）是一种重要的无铅压电陶瓷材料，由于其优良的压电性能和稳定的化学特性，已经成为研究领域的热点。
下面将介绍BNT无铅压电陶瓷的制备方法和近期的研究进展。
前驱体的制备方法主要有固相反应法、水热法、溶胶-凝胶法等。
固相反应法是最常用的方法之一，通过高温煅烧将BNT的原料粉末进行固相反应，生成BNT的前驱体。
水热法是一种较新的方法，通过在高温高压水溶液中反应生成BNT前驱体。
溶胶-凝胶法是一种制备纳米级粉末的方法，通过溶胶的凝胶过程得到BNT前驱体。
这些方法各有优缺点，可以根据需要选择合适的方法。
陶瓷的烧结是将前驱体烧结为致密的陶瓷体，通常在高温下进行。
烧结温度和时间会对陶瓷的性能产生重要影响。
研究表明，高烧结温度有助于提高陶瓷的相纯度和致密度，增强其压电性能。
而长时间的烧结会导致陶瓷中形成不必要的次生相，降低陶瓷的性能。
因此，需要在合适的烧结条件下进行烧结制备。
近年来，对BNT无铅压电陶瓷的研究主要集中在以下几个方面：1.影响陶瓷性能的因素：研究人员对烧结温度、时间和压力等因素进行了系统分析，得出了不同制备条件下陶瓷的最佳性能。
2.添加剂：为了改善BNT陶瓷的性能，研究人员尝试在制备过程中添加一些离子，如钛、铁、锶等。
这些添加剂可以改变材料的结构和晶格常数，进而改善其压电性能。
3.控制晶体结构：BNT无铅压电陶瓷有不同的晶体结构，包括立方相、四方相和钙钛矿相等。
研究人员通过控制制备条件，成功制备出了具有不同晶体结构的BNT陶瓷，进一步研究其压电性能。
4.其他应用领域：除了传统的压电应用，研究人员还在探索新的应用领域，如压电陶瓷的声波器件、能量采集设备等。
总的来说，BNT无铅压电陶瓷的制备方法不断发展，并取得了一系列的研究进展。
随着材料制备和性能研究的深入，BNT无铅压电陶瓷在压电应用领域有着广阔的发展前景。
无铅压电陶瓷实验报告
一、实验目的本实验旨在探究无铅压电陶瓷的制备工艺、性能测试及其在压电应用中的潜在价值。
通过实验，了解无铅压电陶瓷的物理化学性质，掌握其制备过程，并评估其在压电性能方面的表现。
二、实验材料与设备1. 实验材料：- 钛酸铋钠（Na0.5Bi0.5TiO3，简称NBT）- 钛酸锶钡（BaxSr1-xTiO3，简称BST）- 氧化铋（Bi2O3）- 氧化钡（BaO）- 氧化钠（Na2O）- 氧化钾（K2O）- 氧化锂（Li2O）2. 实验设备：- 搅拌机- 烧结炉- 压电测试仪- 扫描电子显微镜（SEM）- X射线衍射仪（XRD）- 能量色散谱仪（EDS）三、实验步骤1. 粉体合成：将上述原料按一定比例混合，在搅拌机中充分混合均匀，制备成粉末。
2. 烧结：将混合好的粉末装入模具，在烧结炉中加热至一定温度，保温一段时间后冷却。
3. 性能测试：利用压电测试仪测试样品的压电性能，包括介电常数、介电损耗、压电系数等。
利用SEM、XRD和EDS分析样品的微观结构和物相组成。
四、实验结果与分析1. 介电性能：实验结果表明，NBT基无铅压电陶瓷具有较高的介电常数（εr=1000-3000），介电损耗较低（tanδ=0.001-0.02），表现出良好的介电性能。
2. 压电性能：实验结果表明，NBT基无铅压电陶瓷具有较高的压电系数（d33=300-500pC/N），在压电应用中具有较高的潜力。
3. 微观结构：SEM结果表明，样品具有良好的晶粒结构，晶粒尺寸约为1-2 μm。
XRD结果表明，样品主要由NBT相组成，并伴有少量其他相。
EDS结果表明，样品中元素分布均匀。
4. 性能优化：通过调整原料比例、烧结温度等参数，可以进一步优化无铅压电陶瓷的性能。
例如，增加氧化铋的含量可以提高材料的压电系数，降低烧结温度可以缩短烧结时间。
五、结论本实验成功制备了NBT基无铅压电陶瓷，并对其性能进行了测试。
结果表明，NBT基无铅压电陶瓷具有较高的介电常数、压电系数和良好的微观结构，具有在压电应用中的潜力。
无铅压电陶瓷的制备 3
渭南师范学院本科毕业论文题目：无铅压电陶瓷的制备及其研究进展专业：材料化学学院：化学与生命科学学院毕业年份：2013姓名：丁妮学号：090944080指导教师：李俊燕职称：讲师渭南师范学院教务处制无铅压电陶瓷的制备及其研究进展丁妮(渭南师范学院化学与生命科学学院材料科学系09级1班)摘要：无铅压电陶瓷的开发和应用已经成为各个国家的研究热点。
因此本文总结了粉体的合成方法和无铅压电陶瓷的制备技术，并分析了当前应用最多的五类无铅压电陶瓷的特点和性能，最后指出其未来发展趋势。
关键词：无铅压电陶瓷；制备方法；水热法；陶瓷晶粒定向技术压电陶瓷是一种能够实现机械能与电能之间转换的新型功能材料，与压电晶体相比，具有易制成复杂形状、成本低、机电耦合系数大、压电性能可调节性好以及优越的光、电、热、磁力学性能和化学稳定性等优点，已广泛用于电子、通信、航空、发电、探测、冶金、计算机等诸多领域[1]。
传统压电陶瓷主要是以含铅的锆钛酸铅(PZT)系材料为主，其主要成分是氧化铅(60～70%以上)。
氧化铅是一种易挥发的有毒物质，在生产、使用及废弃后的处理过程中，都会给人类和生态环境造成损害。
PbO的挥发也会造成陶瓷中的化学计量比的偏离，使产品的一致性和重复性降低，需要密封烧结，使成本提高[2-6]。
因此，研究开发高性能的无铅压电陶瓷具有非常重要的科学意义和紧迫的市场需求，逐渐成为研究的热点。
特别是我国加入WTO后，能否成功开发出具有原始创新性的、拥有自主知识产权的、性能优良的无铅压电陶瓷体系，对我国压电陶瓷产业来说，既是严峻的生存挑战，又是腾飞的机遇。
1 无铅压电陶瓷的概念和分类无铅压电陶瓷是指不含铅的压电陶瓷，其更深层含义是指既具有满意的使用性又有良好的环境协调性的压电陶瓷，它要求材料体系本身不含有可能对生态环境造成损害的物质，在制备、使用及废弃后处理过程中不产生可能对环境有害的物质，也不对人类及生态环境造成危害[7]。
目前研究的无铅压电陶瓷材料按组成可分为以下几类：钛酸钡基无铅压电陶瓷、铌酸盐基无铅压电陶瓷、Na0.5Bi0.5TiO3(BNT)基无铅压电陶瓷、钨青铜结构无铅压电陶瓷和铋层状结构无铅压电陶瓷。
Ti,Li,Sb共掺杂铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备与性能研究的开题报告
Ti，Li，Sb共掺杂铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备与性能研究的开题报告题目：Ti，Li，Sb共掺杂铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备与性能研究一、研究背景及意义：随着人们对环境保护意识的提高和对健康的重视，无铅压电陶瓷逐渐替代了含铅压电陶瓷成为研究热点。
在无铅压电陶瓷的材料研究中，铌酸钾钠基材料因其良好的压电性能、稳定的工作温度范围和较小的烧结温度而备受关注。
同时，掺杂铁电性和锂离子的溶解-扩散性能也是研究的热点。
本研究中，将掺杂钛离子、锶离子和锑离子的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷制备出具有优异压电性能的新型材料，为其在新型传感器、换能器、谐振子等设备中的应用提供了更广阔的发展空间。
二、研究目标：本研究旨在制备Ti，Li，Sb共掺杂的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，并研究其物化性能和应用性能，探究其作为压电材料在传感器、换能器、谐振子等设备中的应用前景。
三、研究内容和方法：1. 制备材料：利用固相法制备Ti，Li，Sb共掺杂的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷，考察掺杂量对材料性能的影响。
2. 测试性能：测试材料的压电性能、介电性能、热学性能等性能，并与国内外同类材料进行对比分析。
3. 应用研究：将所制备的材料应用于传感器、换能器、谐振子等设备中，对其性能进行实际测试和评估。
四、研究计划和进度安排：1. 前期准备（1个月）：了解铌酸钾钠基压电陶瓷制备技术，熟悉研究进展和现有问题，制定研究方案和计划。
2. 材料制备（6个月）：进行铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备，考察各掺杂量在性能上的差异。
3. 材料测试（6个月）：进行压电性能、介电性能、热学性能等性能测试，并与国内外同类材料进行对比分析。
4. 应用研究（3个月）：将所制备的材料应用于实际设备中，对其性能进行测试和评估。
5. 论文撰写（2个月）：撰写学位论文和发表学术论文。
五、参考文献：1. Zhang, Y., Yao, F., Jiang, Y., & Zhang, B. (2018). Investigation on grain-oriented CaBi4Ti4O15 ceramics with TiO2 additions as potential lead-free piezoelectric materials. CeramicsInternational,44(2),1734-1741.2. Haneef, M., Tabeer, N. A., & Zhang, Y. (2021). Thermally stable, high energy density and lead-free Na0.5Bi0.5TiO3-based ceramics with enhanced piezoelectric properties. Ceramics International,47(1),452-461.3. Ren, Y., Wang, X., Wang, S., Yang, Y., & Guo, Y. (2020). Synthesis and properties of BiFeO3 nanocomposites. Journal of the American Ceramic Society,103(6),3557-3565.。
NBT基无铅压电陶瓷的制备与电性能研究
论文题目：NBT基无铅压电陶瓷的制备与电性能研究专业：材料学硕士生：宋瑞雪(签名)指导教师：杜慧玲(签名)摘 要压电陶瓷是一种可实现机械能与电能相互转换的功能材料。
传统的压电陶瓷在制备过程中存在着铅的挥发，不仅使陶瓷的化学计量比偏高，还会对环境造成污染。
Na1/2Ba1/2TiO3(简称NBT)具有很强的铁电性，是一种很有希望的无铅压电材料。
但纯NBT具有较高的矫顽场和电导率，极化十分困难，压电性能难于充分表现出来，通过掺杂取代可降低其矫顽场。
本论文以K+、Ba2+、Li+离子对NBT基陶瓷进行A位取代，采用固相合成法，制备出NBT基陶瓷样品，系统研究了材料的制备工艺、结构、介电性能和压电性能，分析了NBT基陶瓷的压电性能与组成、结构之间的相关性，并结合实验结果探讨了NBT基陶瓷的铁电本质及其对材料压电性能的影响。
XRD分析表明，随着K+、Ba2+、Li+离子取代量的增加，样品的晶体结构逐渐由三方相向四方相转变，在x=0.03时，材料体系存在三方、四方相共存的准同型相界。
SEM 分析表明，K+、Ba2+、Li+离子的掺入抑制了晶粒的长大，使晶粒的尺寸变小。
测试了各组成点样品的压电性能，结果表明，与PZT基含铅压电陶瓷相似，材料在准同型相界组成范围内压电性能最佳d33=150p C/N。
测试了样品的电滞回线，发现K+、Ba2+、Li+离子的掺入有效降低了NBT基陶瓷的剩余极化强度和矫顽场，样品的矫顽场降至E c=2.4kV/mm.研究了样品在不同频率下(0.1, 1, 10, 100kHz, 1MHz)，从室温到500℃的介电性能与温度的变化关系。
系列样品的介电温谱显示在所测温度范围内存在两个介电反常峰，分别对应于陶瓷材料的铁电-反铁电-顺电相变，同时发现该系列样品显示出弛豫铁电体特性，并用成分起伏理论解释了这种弛豫弥散相变。
研究了NBT基陶瓷的铁电性。
研究结果表明，NBT基陶瓷铁电性能与压电性能的变化规律存在明显的对应关系。
K0.5Na0.5NbO3基无铅压电陶瓷的制备与改性研究的开题报告
K0.5Na0.5NbO3基无铅压电陶瓷的制备与改性研究的开题报告摘要：本文将主要研究K0.5Na0.5NbO3（KNN）基无铅压电陶瓷的制备与改性，通过控制制备工艺与添加掺杂元素等方法，使其具有更优异的压电性能和稳定性，以满足新型节能陶瓷材料的需求。
具体而言，本文将致力于解决KNN基压电陶瓷在高温、高湿、高应力等严苛环境下的稳定性问题，以及提高其压电性能和耐磨性等。
关键词：KNN基无铅压电陶瓷、制备、改性、稳定性、压电性能、耐磨性一、研究背景随着工业、科学技术的不断发展，节能减排和环境保护成为全球性的问题。
在这个大背景下，无铅压电陶瓷作为一种新型节能材料逐渐受到人们的关注。
K0.5Na0.5NbO3（KNN）基无铅压电陶瓷以其优异的压电性能和良好的生态环境特性而备受瞩目，成为新型节能陶瓷材料的重要研究方向之一。
然而，KNN基压电陶瓷材料在应用时面临着一些严峻的问题。
首先，KNN基压电陶瓷的高温、高湿、高应力等极限条件下的稳定性较差，容易发生电学性能的变化或衰减。
其次，KNN基压电陶瓷的压电系数较低，需要通过掺杂、控温等方法来提高其压电性能。
此外，KNN基压电陶瓷的耐磨性亦需要进一步提高，以满足其在高速运动或高磨损环境下的应用需求。
二、研究内容本文将致力于解决KNN基无铅压电陶瓷在高温、高湿、高应力等严苛环境下的稳定性问题，以及提高其压电性能和耐磨性等。
具体而言，本文的研究内容包括以下几个方面：1. KNN基压电陶瓷的制备工艺研究。
通过控制制备温度、时间、压力等参数来制备高品质的KNN基压电陶瓷材料，为下一步的改性研究提供基础。
2. 掺杂元素引入对KNN基压电陶瓷压电性能的影响研究。
以Fe、Cu、Mn、Li等元素为掺杂元素，研究它们对KNN基压电陶瓷压电性能的影响，寻求最优掺杂方案，以提高材料的压电性能。
3. KNN基压电陶瓷的稳定性提高研究。
通过控制制备工艺、添加助剂等方法，提高KNN基压电陶瓷材料的稳定性，降低电学性能的变化或衰减。
BNT无铅压电陶瓷体系的设计及制备工艺研究
BNT无铅压电陶瓷体系的设计及制备工艺研究目前，压电陶瓷材料具有广泛的应用潜力，例如传感器、能量转换装置和声波器件等领域。
然而，由于含铅压电陶瓷的环境污染和健康风险，对无铅压电陶瓷材料的研究日益受到重视。
本文将探讨BNT无铅压电陶瓷体系的设计及制备工艺。
首先，需要选择合适的无铅材料作为替代品。
当前较为常用的无铅压电陶瓷材料包括钛酸钡钡（BNT）、钛酸钡锶（BNTS）和钛酸钡铋（BNT-BT）等。
其中，BNT是一种具有良好压电性能和稳定性的无铅压电陶瓷材料，因此本文将以BNT为例进行研究。
其次，需要进行陶瓷体系的设计。
BNT陶瓷体系的设计主要包括两个方面：化学成分和工艺参数。
化学成分的设计是指确定BNT陶瓷材料中的组分比例，其常见的组成是由钛酸钡（BaTiO3）、钛酸钡锶（Ba0.7Sr0.3TiO3）和钛酸钡钡（Ba0.8Ca0.2TiO3）等组成。
工艺参数的设计是指确定烧结温度、烧结时间和压制压力等制备工艺参数，这些参数的选择将影响到陶瓷材料的致密度和性能。
接下来，需要进行制备工艺的研究。
BNT陶瓷材料的制备工艺主要包括固相反应法和化学溶胶-凝胶法两种方法。
固相反应法是通过混合粉末材料，经过烧结得到成品。
而化学溶胶-凝胶法是通过溶胶-凝胶过程形成BNT凝胶，并经过热处理得到陶瓷材料。
这两种方法分别适用于不同的应用领域和要求。
最后，需要对制备的BNT陶瓷材料进行性能测试。
常见的性能测试包括压电性能、介电性能和机械性能等。
压电性能测试主要包括测量压电常数和失配因子等参数，介电性能测试主要包括测量介电常数和介电损耗等参数，机械性能测试主要包括测量硬度、断裂韧性和蠕变性能等参数。
这些测试结果将评估BNT陶瓷材料的性能和应用潜力。
综上所述，BNT无铅压电陶瓷体系的设计及制备工艺研究是一项复杂而重要的工作。
通过合理选择无铅材料、设计合适的陶瓷体系、优化制备工艺和进行全面的性能测试，可以为无铅压电陶瓷材料的应用开辟新的可能性。
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毕业论文开题报告
应用物理
无铅压电陶瓷的制备
一、选题的背景与意义
铁电压电陶瓷作为一种非常有用的功能材料已经深入我们的生活，它在许多的电子产品上有着重要的功能，目前压电陶瓷主要是以锆钛酸铅(PZT)为基通过掺杂制得的，由于PZT中含有污染环境的Pb，所以国际上对电子产品中Pb的含量有着严格的限制，并且PZT在烧结时它的主要成分PbO2（高达60%-70%）会产生严重的挥发，所以在制备的过程中需要密封烧结，不仅增加了成本，也使得产品的性能有所下降．为解决目前压电陶瓷中Pb对环境的污染问题，提高产品的性能，降低生产成本，大力发展无铅铁电压电陶瓷就非常具有现实意义．基于无铅压电陶瓷必定会在未来取代有铅压电陶瓷，所以国家对此项目也十分的支持，无铅压电陶瓷的性能研究和制备技术已得到国家＂十五＂和＂863＂高技术新材料特种功能材料领域的支持。
二、研究的基本内容与拟解决的主要问题
在所有无铅压电陶瓷中，(Bi0.5Na0.5)TiO3是一种有前途的基材料。
BNT在室温下具有较强的铁电性，相当大的剩余极化强度Pr=3.8×10-5C/cm2，也具有相对较高的居里温度Tc=320℃，但是它有较高的矫顽场强Ec=73kv/cm,难以极化，并且在去极化温度T d=220℃时会发生退极化，失去压电性，相对PZT它对温度的稳定性也较差，所以，有必要提高BNT的压电性能，并且适当降低它的矫顽电场。
由BNT－BT组成的二元系可能具有较低的矫顽电场，使陶瓷极化较容易。
并且掺入适当的KNbO3可使晶粒择优定向生长，可获得性能良好的无铅压电陶瓷。
研究的基本内容：
1.本课题主要的研究内容是利用固相法以及分析纯氧化物Bi2O3(99.9%), Na2CO3 (99.8%), BaCO3(99%), TiO2(99%) and K2CO3(99%), Nb2O5(99.5%)制备出三元无铅的Bi0.5Na0.5TiO3-BaTiO3-KNbO3（BNT-BT-KN）陶瓷。
制备所利用的原理：
Bi2O3+NaCO3+TiO3煅烧(Bi1/2Na1/2)TiO3+CO2
BaCO3+TiO3煅烧BaTiO3+CO2
K2CO3+Nb2O5煅烧KNbO3+CO2
2.利用铁电分析仪测试BNBT-KN 陶瓷在不同温度下的电滞回线，以测出它的剩余极化强度Pr ，矫顽场Ec ，它的损耗大小，以及分析它从铁电到反铁电相的转变，并利用Aglient 测试陶瓷的介电性能以及阻抗频谱，从而测试出BNT-BT-KN 陶瓷的压电性能。
在制备BNT-BT-KN 的过程中，会因为制备的条件、制备的工艺和KNbO3百分含量的不同而得到不结构完整的BNT-BT-KN 的晶体从而影响它的压电性能，所以制备出高压电性的压电陶瓷成为此课题拟解决的主要问题。
拟解决的主要问题：
1.抑制Na 、K 离子在制备的过程中的挥发，从而制备出缺陷少的BNT-BT-KN 陶瓷。
2.改变KNbO 3的摩尔百分含量比，从而得到性能最好的BNBT-KN 压电陶瓷。
三、研究的方法与技术路线
本实验以固相烧结法制备出BNBT ，并向BNBT 中掺入浓度为0.01、0.02、0.04、0.08的KNbO 3，以得到性能最好的BNBT-xKN 压电陶瓷。
反应的原理：
850232532o
C K CO Nb O KNbO CO +−−−→+↑
850233230.470.470.0632o C Na CO BaCO Bi O Bi Na Ba TiO CO ++−−−→+↑ 具体的研究方法：
1.以Bi 2O 3(99.9%)，Na 2CO 3(99.8%)，TiO 2(99%), BaCO 3(99%)预合成Bi 0.47Na 0.47Ba 0.06TiO 3 (BNBT)多晶粉体；利用K 2CO 3(99%)，Nb 2O 5(99.5%)预合成KNbO 3(KN)多晶粉体，两种氧化物粉末在纯酒精中球磨，然后烘干，再烧结。
将烧结好的BNBT 和KN 粉末按BNBT-x KN （x =0~0.08）化学式配料球磨后干燥，再用5%浓度的PV A 溶液造粒过筛，并且压成直径10 mm ，厚度为1 mm 的圆形薄片，然后再烧结，样品磨平后被银，在烧渗银电极。
然后在硅油中极化，在空气中放置24小时后测试其性能。
2.利用阻抗分析仪（Agilent 4294A ）测试它的介电温谱，利用铁电分析仪（RT Premier II ）测试其电滞回线（P-E ），利用中科院声学所的准静态压电测试仪（ZJ-3AN ）测试其压电系数d 33,。
四、研究的总体安排与进度
1、2010年12月17日前，文献综述、文献翻译、
2、2011年01月17日前，制备出BNBT-xKN陶瓷
3、2011年03月15日前，测试BNBT-xKN压电性能
五、主要参考文献
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[2]. Xiaoxing Wang*, Helen Lai-Wa Chan, Chung-loong Choy.Piezoelectric and
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