Thermal-stable dielectric capacitors with high energy density and power density have attracted increasing attention in recent years. In this work, (1 – x)Bi0.5Na0.5TiO3–xNaTaO3 [(1 – x)BNT–xNT, x = 0–0.30] lead-free relaxor ferroelectric ceramics are developed for capacitor applications. The x = 0.20 ceramic exhibits superior thermal stability of discharged energy density (WD) with a variation of less than 10% in an ultrawide temperature range of −50 to 300 °C, showing a significant advantage compared with the previously reported ceramic systems. The WD reaches 4.21 J/cm3 under 38 kV/mm at room temperature. Besides, a record high of power density (PD ≈ 89.5 MW/cm3) in BNT-based ceramics is also achieved in x = 0.20 ceramic with an excellent temperature insensitivity within 25–160 °C. The x = 0.20 ceramic is indicated to be an ergodic relaxor ferroelectric with coexisted R3c nanodomains and P4bm polar nanoregions at room temperature, greatly inducing large maximum polarization, maintaining low remnant polarization, and thus achieving high WD and PD. Furthermore, the diffuse phase transition from R3c to P4bm phase on heating is considered to be responsible for the superior thermal stability of the high WD and PD. These results imply the large potential of the 0.80BNT–0.20NT ceramic in temperature-stable dielectric capacitor applications.

The trade-off between electrostrain and strain hysteresis for piezo/ferroelectric materials largely restrains the development of high precision actuators and remains unresolved over the past few decades. Here, a simple composition of (Bi0.5Na0.5)1-x/100Srx/100TiO3 in the ergodic relaxor state is collaboratively designed through the segregated domain structure with the ferroelectric core, local polarization heterogeneity, and defect engineering. The ferroelectric core can act as a seed to facilitate the field-induced nonpolar-to-polar transition. Together with the internal bias field caused by defect dipoles and adjusted through electric field cycling and heat treatment technology, a giant unipolar strain of 1.03% is achieved in the x = 30 ceramic with a low hysteresis of 27%, while the electric-field-independent large-signal piezoelectric strain coefficient of ~1000 pm/V and ultralow hysteresis of <10% can be obtained in the x = 35 ceramic. Intriguingly, the low-hysteresis high strain also exhibits near-zero remnant strain, excellent temperature and cycling stability. The development of precision piezo/ferroelectric actuators is hindered by the trade-off between electrostrain and strain hysteresis. Here, the authors report ferroelectric cores embedded into ergodic relaxor phase shells, showing giant unipolar strain and low hysteresis.

Abstract Bismuth ferrite (BiFeO 3 )‐based high‐temperature piezoelectric ceramics have high Curie temperatures and excellent thermal stability; however, their applications are limited by inadequate piezoelectric performance due to large coercive fields and high leakage conduction. This study investigates the impact of MnO 2 doping on the phase transition, defect structure, domain morphology, as well as the dielectric, ferroelectric, and electrical conduction behaviors of 75BiFeO 3 –25BaTiO 3 ceramics sintered under an oxygen atmosphere. A structural transformation from distorted rhombohedral to pseudo‐cubic symmetry was observed with increasing MnO 2 content, accompanied by domain fragmentation. MnO 2 doping at an appropriate level inhibited defects such as and . Regarding electrical properties, the reduction in rhombohedral distortion and enhancement in the pseudo‐cubic phase after MnO 2 doping resulted in decreased remanent polarization and electrostrain, which could potentially hinder piezoelectric response. However, appropriate MnO 2 doping effectively reduced leakage conduction, significantly enhancing the poling efficiency of the ceramics. The maximum d 33 value of 107 pC/N and k p of 0.36 were achieved at an MnO 2 doping content of 0.1 wt.%. Excessive MnO 2 addition may generate defect dipoles, as indicated by increased coercive field ( E c ) and dielectric loss. The observed increase in high‐temperature resistivity with MnO 2 content is primarily attributed to reduced grain size and increased concentration of mobile defects. This study provides valuable insights for further research on the application of 75BiFeO 3 –25BaTiO 3 systems in high‐temperature piezoelectric devices.

Powder-based piezoelectric catalysts have been widely examined due to their high catalytic activity for applications such as water treatment and dye degradation. However, challenges remain which are associated with secondary...