Abstract The Aurivillius compounds in the Bi 2 O 3 –Fe 2 O 3 –TiO 2 system, combining ferroelectric, semiconducting, and ferromagnetic properties, have attracted particular interest. Formation kinetics and thermodynamic stability are the fundamental knowledge needed for modeling and predicting the temporal microstructure and property evolution during materials processing but have not yet been addressed by quantitative experimental measurement. This article focuses on the Bi n +1 Fe n –3 Ti 3 O 3 n +3 Aurivillius compounds on the Bi 4 Ti 3 O 12 –BiFeO 3 tie‐line to elucidate the mechanisms and thermodynamic controls responsible for phase formation of compounds with various perovskite‐like layers. Five high‐purity Aurivillius compounds Bi 4 Ti 3 O 12 , Bi 5 FeTi 3 O 15 , Bi 6 Fe 2 Ti 3 O 18 , Bi 7 Fe 3 Ti 3 O 21 , and Bi 8 Fe 4 Ti 3 O 24 with integer n = 3–7 values were synthesized and their phase transformation properties and enthalpies of formation were studied by X‐ray diffraction in situ, high temperature differential scanning calorimetry, and high temperature oxide melt solution calorimetry. Thermodynamic stability of the compounds decreases with increasing n , and formation kinetics gradually slow down, demonstrating the inherent difficulty to synthesize pure Aurivillius compounds with n larger than 8. This difficulty was confirmed by an impurity phase coexisting with Bi 9 Fe 5 Ti 3 O 27 .

The relatively low thermal depolarization temperature (Td) has hindered the development and practical application of lead-free Bi0.5Na0.5TiO3-based systems; therefore, a feasible strategy is urgently needed to defer the depolarization behavior. In this work, a perovskite/metal 0.78 Bi0.5Na0.5TiO3–0.22 Bi0.5K0.5TiO3/xAg (BNT–22BKT/xAg) composite ceramic is designed and successfully prepared. The introduction of metal Ag with a larger thermal expansion coefficient leads to an increased fraction and enhanced lattice distortion of the rhombohedral phase, as well as an enlarged domain size. The thermal stability thus is effectively improved, and the optimal Td value of 166 °C is obtained at x = 0.03, which is about 60 °C higher than that of prototype ceramics. This research provides a perovskite/metal composite scheme to increase the depolarization temperature of BNT-based ceramics and promotes their potential for practical applications.

Piezoelectric multilayer actuators (MLAs) possess unique advantages of lower driving voltages and more compact structures than bulk ceramic actuators. However, the internal electrode layers in MLAs inevitably weaken the output and result in relatively lower strain. The hysteresis property of piezoelectric ceramics also significantly limits the positioning accuracy of MLAs. In this work, we adopted a synergistic strategy of crystallographic texturing and domain engineering in BaTiO3-based MLAs to enhance strains by improving piezoelectricity while simultaneously restraining the ultra-low hysteresis. We prepared [001]c-oriented (Ba0.95Ca0.05)(Ti0.94Zr0.055Sn0.005)O3 (BCTZS) ceramic layers in MLAs through the template grain growth (TGG) method with a texture degree of ∼95%. The textured BCTZS MLAs had a large displacement of 196nm at 200 V (∼2.4 times that of randomly oriented ones) and achieved ultra-low strain hysteresis (Hs<9%). These almost identical displacement and strain hysteresis in textured MLAs before and after polarization at 200 V indicated better positioning repeatability under various voltage experiences. This finding can be attributed to easier domain switchings, because the high texture degree and the dominant "4O" domain configurations in textured grains accommodated the clamping stress, which decreased the domain wall energy but increased the domain flexibility.