基于高性能Metglas/PMNT的MPP结构磁电复合材料的交流极化研究

近年来,基于高性能Metglas/PMNT的磁电复合材料的弱磁传感器受到广泛关注。随着磁电复合材料的深入研究,发现Multi-Push-pull磁电复合材料具有磁电系数高,内部噪声低等诸多优点,在弱磁场探测领域展现出巨大的应用前景。考虑到MPP结构的磁电复合材料的通常使用的是三方相的PMNT单晶和Metglas非晶合金,使用交流极化(ACP)方法改善MPP结构磁电复合材料的磁电响应。采用交流极化的方法来提升PMNT单晶的性能,通过探索不同的极化条件(包括极化温度、极化电压和极化频率)来提升MPP结构磁电复合材料的磁电系数,从而提升磁电传感器的弱磁探测能力。

基于PMNT陶瓷的1-3型压电复合材料软模板法制备及其超声换能器研究

医用高频超声换能器广泛应用于人体及生物组织的精细结构成像。1-3型压电复合材料因具有较高的机电耦合系数和较低的声阻抗而成为高频超声换能器的核心材料。基于有限元计算和软模板法设计制备了高性能Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-PbTiO_(3)陶瓷/环氧树脂压电复合材料,并对材料进行了系统的电学性能测试。结果显示该1-3型压电复合材料具有优异的声学综合性能,其厚度伸缩模式机电耦合系数k t达到70.1%,其声阻抗Z a达19.05 MRayl。利用该材料制备了高频超声换能器,其-6 dB带宽达85%,插入损耗为17.7 dB。结果表明使用软模板法制备的压电复合材料具有适合于超声成像的优异的综合性能,有望促进高频超声换能器的商业化应用。

基于PMNT晶片热释电型太赫兹探测器的设计与应用(特邀)

针对太赫兹探测器的研究现状,分析研究了现有太赫兹探测器的优缺点,并对热释电型太赫兹探测器的热释电材料和吸收材料进行研究,提出了一种基于铌镁钛酸铅(PMNT)晶片的新型太赫兹探测器的设计和制作方法。用PMNT晶片作为热释电材料,碳纳米管作为吸收材料,使用精密减薄抛光工艺和溅射电极工艺等工艺技术,完成了新型热释电太赫兹探测器的设计与制作。并利用该探测器设计了一款太赫兹功率计,经测试,该功率计在0.1~30 THz宽频段、0.5~100 m W大功率动态范围内,功率测量准确度达到了±10%,综合指标达到国际同类产品先进水平,应用效果良好。

PMNT陶瓷材料的压电介电性能研究

本文研究了准同型相界处铌镁酸铅－钛酸铅（ＰＭＮＴ）陶瓷材料的介电压电性能，合适的组份和烧结，可使ＰＭＮＴ陶瓷材料具有较好的压电性能，ｄ３３达５４０ｐＣ／Ｎ，ｋｔ达０．５０以上．观察了不同烧结工艺下陶瓷材料的微观结构，烧结时间过长不仅使晶粒尺寸变大，亦可造成晶粒快速生长．对化学组成和微观结构与压电性能之间的关系进行了讨论．

铅基复合钙钛矿型弛豫铁电单晶的生长基元与生长机理Ⅰ.PMNT单晶的表面形貌、负晶结构及生长基元的组装与拆分

铅基复合钙钛矿型弛豫铁电单晶体PMNT的生长基元为多种[BO_6]配位八面体,晶体生长过程可视为多种八面体基元与Pb^(2+)的组装过程.这些生长基元向{111}面叠合时易采取法向生长机制,向{001}面叠合时易采取层状生长机制,由此决定了晶体生长速度的各向异性与晶体的形貌.Bridgman法生长的PMNT晶体在生长过程中由内向生长机制形成规则的负晶结构;在晶体生长过程中,在其自然表面上可形成正形与负形两种形貌;在高温退火过程中,由于PbO的分解,晶体表面上可形成类似“蚀象”的构型,这些可从[BO_6]八面体生长基元的组装或拆分方面获得解释.

PMNT单晶电畴结构随组分与结构的变化

利用多种方法观察了弛豫型铁电单晶ＰＭＮＴ中电畴结构随组分与结构的演变过程与特征．观察发现，在ＰＭＮ－ＰＴ的三方相区内，随ＰＴ含量的增加，电畴结构表现出微畴一（亚微畴）－不规则宏畴一规则宏畴转变历程；在三方－四方相变中，非１８０°电畴发生７１°（或１０９°）宏畴－９０°宏畴的转化，同时电畴图像变得更为规则．根据不同组分ＰＭＮＴ电畴的显示特征，提出晶体的最大双折射率可以作为度量其弛豫性强弱的光学参数．观察到了电畴的分布不均匀与多级结构现象，前者与组分或结构的起伏有关，后者与多期式马氏体转变有关．本文还分析了偏光显微镜、ＤＩＣ、ＳＥＭ、ＳＥＡＭ等观察方法中电畴的成像特征．

新型压电单晶PMNT的生长和性能研究

在突破了传统的助溶剂方法生长弛豫铁电单晶限制的基础上,用Bridgman方法生长出了大尺寸高质量的PMNT单晶,并根据它的性能特点,探索了它的潜在应用.结果表明,PMNT单晶在各种压电换能器中有广泛的应用前景.

准同型相界组分PMNT弛豫铁电单晶的畴结构与极化特性

采用坩埚下降法生长了具有准同型相界(MPB)组分的65Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-35PbTiO3(PMNT65/35)弛豫铁电单晶。用偏光显微镜研究了(001)、(110)和(111)三个结晶学取向的铁电畴结构,观察到明暗交替的变化。通过对极化前后电畴形状的比较,分析了极化前后铁电畴形态的变化原因。晶片极化条件为:600V/mm的电场并保持10～15min。研究了极化介质不同对极化后晶片压电性能的影响。

过量PbO对TGG法定向生长PMNT多晶体动力学影响的研究

采用传统陶瓷工艺和添加过量 Pb O的 TGG方法实现了 PMNT多晶体沿 <0 0 1>方向的定向生长 ,对多晶体定向生长的动力学进行了详细的研究。结果表明 ,PMNT多晶体定向生长的厚度随过量 Pb O的增加而线性增加 ,它的生长是热激活扩散与溶解 -沉积过程二者综合作用的结果。只要选择适当的生长时间 ,在 PMNT基体中添加过量的Pb O,不但不会影响陶瓷的组分还可以显著提高多晶体的定向生长速度。而且 ,PMNT多晶体定向生长厚度与生长时间的 1/3方呈线性关系 ,属于典型的扩散控制的生长行为。实验表明 ,采用添加 2 0 %过量的 Pb O、在 115 0℃生长10 h是制备

Er^(3+)掺杂弛豫铁电材料PMNT的单晶生长与性能表征

按照0.71Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.26Pb Ti O3-0.03Pb(Er1/2Nb1/2)O3化学式所示组分比例,采用分步高温固相反应合成出Er3+掺杂PMNT多晶,通过熔体坩埚下降法生长出尺寸φ25 mm×100 mm的Er3+掺杂PMNT晶体,Er3+离子以三元固溶体组元方式被掺杂进入钙钛矿相铁电体晶格;测试了Er3+掺杂PMNT晶片的介电、压电与铁电性能以及上转换发光性能。结果表明,Er3+掺杂PMNT晶体呈现跟三方相纯PMNT晶体相近的介电、压电与铁电性能;在980 nm激发光作用下,该掺杂晶体呈现出Er3+离子特有的较强上转换荧光发射,并且极化后掺杂晶体的上转换发光强度得到增强。

PMNT薄膜可见-红外光学性质的研究

通过对不同组分的铌镁钛酸铅(PMNT)薄膜的紫外-可见透射光谱以及红外椭圆偏振光谱的分析,利用Tauc-Lorentz(T-L)+Cauchy色散关系和经典中红外色散关系,得到了该材料在可见和中红外区的光学常数,发现在可见和中红外区,薄膜的折射率随着PT(PbTiO3)含量的增加而增大,但是薄膜的光学禁带宽度随之而减小.

弛豫铁电单晶(PMNT)中负离子配位多面体结晶方位与工程化畴

本文从晶体中负离子配位多面体结构基元结晶方位及其形变的论点讨论了PMNT晶体工程化畴的形成机理,认为晶体工程化畴的形成是在电场作用下,当A位离子沿着晶体a、b、c轴孔道发生位移导致B八面体中的B离子位移和B八面体形变,两者相互制约所致,三方和四方晶系的晶体中畴的形成都是沿着B八面体的对角线方向分布。

PbO/B_2O_3添加剂对PMNT多晶体定向生长的影响

采用添加PbO/B2O3的TGG方法定向生长了PMNT多晶体,结果表明通过调节PbO/B2O3的比值可以控制PMNT离子在添加剂(第二相)中的扩散速度,从而控制PMNT多晶体沿Sr TiO3(001)面定向生长的生长速度和多晶体的取向一致性。PM NT多晶体定向生长层厚度随着B2O3含量的增加线性减薄;同时随着B2O3添加量增加多晶体的取向一致性越来越好。

弛豫型铁电(PMNT)大流量高速开关阀设计与仿真

针对高速开关阀响应不够高、流量输出小的问题,利用新型压电晶体—弛豫型铁电(PMNT)的逆压电效应原理,将PMNT制作成大流量高速开关阀的驱动器,以此提高开关阀的响应速度。分析了PMNT驱动器的结构和工作原理,采用AMESim对PMNT驱动器进行建模并研究了PMNT的逆压电效应,同时采用类似并联阀的双阀芯结构增大出口流量,运用AMESim平台对其整个液压系统进行研究,比较了不同占空比下PWM脉冲信号及压力源对高速开关阀出口流量和压力变化的影响。该新型高速开关阀能够满足高速、大流量要求。

PMNT和PZNT单晶的压电模量表示中的问题探讨

对于具有３ｍ点群结构的ＰＭＮＴ和ＰＺＮＴ单晶，按照三方晶系标准定向的要求，ｚ轴应取（１１１）方向，但一些文献中的ｄ３３来表示在（１００）晶面上受到正应力作用时的压电模量，这种表示中ｚ轴的取向不符合三方晶系的标准定向，影响ＰＭＮＴ和ＰＺＮＴ单晶压电性能的研究，文章详细讨论了具有３ｍ点群结构的晶体，在其（１００）晶面上受正应力作用时的压电模量和机电耦合因数的表示关系。

新型压电单晶PMNT在高性能驱动器中的应用

设计制作了50层总长为9mm的PMNT单晶叠层驱动器。测试结果表明，PMNT单晶驱动器具有比PZT-5A陶瓷驱动器高2倍的优异应变性能，能满足各种微米-纳米和控制技术的应用需要。

成型压力对PMNT多晶体取向生长的影响

采用添加PbO的TGG方法定向生长PMNT多晶体 ,研究了素坯成型压力对PMNT多晶体取向生长的影响规律。结果表明 ,成型压力直接影响PMNT多晶体的取向生长速度和取向程度。随着成型压力逐渐增大 ,PMNT多晶体的取向生长速度呈先增加后减小的趋势。低于临界成型压力 (在本文实验条件下 ,临界成型压力为 6 0 0MPa)时 ,随成型压力增大 ,PMNT多晶体的取向生长速度越来越快 ;高于临界成型压力时 ,随成型压力增大 ,PMNT多晶体的取向生长速度越来越慢 ,但是多晶体的取向程度却越来越好。

新型压电单晶PMNT的退火与极化

采用Birdgman方法生长出了大尺寸、高质量的PMNT单晶 ,其压电系数d3 3 >2 0 0 0pC/N ,机电耦合系数k3 3 大于 90 %。通常生长得到PMNT单晶容易开裂 ,晶体的内应力比较大。研究结果表明单晶内的应力主要由三种因素所形成 :( 1 )由于生长炉内的温场分布不均匀 ,在单晶内形成的热应力。( 2 )生长原料为 4种氧化物组成的 ,由于原料配料和处理过程的影响 ,很难确保组分的化学配比 ,容易造成单晶的各种缺陷 ,形成结构应力。( 3)单晶在降温通过其居里点时 ,由于电畴的形成 ,相变界面上产生晶格失配 ,形成机械应力。为了防止单晶的开裂和减少其内部应力 ,我们对生长的PMNT单晶进行了退火实验 ,发现PMNT单晶在超过一定的温度时 ,容易产生各种焦绿石相。在不同保温和降温速率条件下进行退火 ,通过比较样品的介电常数和压电常数d3 3 的变化 ,我们找到了既保持单晶介电和压电性能不变 ,又能显著减小内部应力的退火条件 ,较好了防止了单晶的开裂现象。为了获得单畴化的PMNT单晶 ,我们进行了单晶的极化研究。通过对不同温度条件下PMNT单晶电滞回线的测量 ,获得了矫顽电场和温度之间的关系 ,从而确立了PMNT单晶极化的最佳温度和电场强度条件。获得了单畴化程度高的PMNT单晶 ,为PMNT晶体的实际应用奠定了基础。

单晶PMNT/环氧树脂压电复合材料的研制

采用1-3型复合结构,沿表面两个相互垂直的方向切割PMNT单晶陶瓷,在切槽间浇注环氧树脂,制备出新型的1-3型PMNT/环氧树脂压电复合材料。实验测试了复合材料的压电、介电、阻抗和超声回波特性,结果表明其厚度机电耦合系数达到0.75,声速2 985 m/s,声阻抗14.9 MPa.(s.m-3),脉冲回波中心频率0.95 MHz,-6 dB带宽88%,相对介电常数1 423,介电损耗0.014。

新型压电单晶PMNT的下降法生长及晶体完整性

新型压电单晶PMNT具有十分优异的压电性能 ,用Bridgman法生长的PMNT单晶的电容率ε可达 5 5 0 0左右 ,纵向压电应变常量d3 3 可达 2 5 0 0pC/N以上 ,机电耦合因数k3 3 可达 93% ,kt可达 6 4 % ,机械品质因数Qm 低至 5 0～ 6 0。用该晶体取代传统的PZT系陶瓷制作成接受型超声换能器探头中的压电元件 ,可望使器件的图像分辨率与频带宽度大为提高 ,进而产生更新换代的变化。因此该类弛豫型铁电单晶在国际铁电界与晶体生长界引起了广泛的关注。然而 ,由于生长体系的组分复杂、晶相的热稳定性差 ,也由于传统生长方法的缺陷 ,包括PMNT ,PZNT与PSNT在内的这类单晶的生长仍处于实验室阶段 ,单晶的尺寸与性能难以保持稳定 ,从而阻碍了晶体的大规模开发与应用。本文在对PMN PT体系相图、相结构与相稳定性的分析与测试的基础上 ,结合对晶体生长机制的理论分析 ,找到了适宜PMNT单晶生长的方法———Bridgman法。该方法通过利用籽晶生长有效地控制了自发成核 ;通过对固液界面形状与位置的控制保持了晶体生长过程的稳定。尺寸达40× 80mm的、纯钙钛矿相的、三方或四方结构的PMNT单晶已生长出来。对PMNT单晶的完整性进行了分析研究。该晶体的组分不均匀性通过铁电性能 ,如电容率ε及压电常量d3 3 等灵敏地显示出来 ,?