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PZT薄膜的高频压电式微机械超声换能器的仿真与制备

压电式微机械超声换能器(PMUT)是当前生物医学超声成像领域的研究热点.锆钛酸铅(PbZrO_(3)-PbTiO_(3),PZT)压电薄膜是近年来微机械超声换能器使用的核心压电材料.基于PZT压电薄膜,使用有限元软件COMSOL Multiphysics创建了三维有限元仿真模型,并在(0,1)模态下研究了压电薄膜结构的几何参数,其谐振频率达到222.12 MHz,有效机电耦合系数(keff)为5.13%.采用光刻和刻蚀方法制备了PZT压电薄膜的PMUT单元原型器件.该器件的空腔结构完整,谐振频率在(0,1)模态下为25.87 MHz,仿真与测试结果相似,振动模态较纯,振动位移性能较好.研究结果表明:采用PZT压电薄膜的PMUT在高分辨率、高频医学超声成像中具有较好的应用前景.

钙钛矿型铁电薄膜结构及性能的应变调控

铁电薄膜具有铁电、压电、热释电、光伏效应等多种特性,在换能器、驱动器、传感器、能量收集器、太阳能电池等功能器件中具有广阔的应用前景.铁电薄膜沉积在衬底上,其性能与衬底的约束引起的应变密切相关.如何利用衬底调控铁电薄膜的应变,进而调控其极化状态,是显著提高其性能的关键.综述了近年来利用应变工程调控铁电薄膜性能的研究进展及需要解决的问题.

弛豫铁电0.74Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-0.26PbTiO_3薄膜的微结构和光学性能(英文)

采用磁控溅射法,选用LaNi O3作为缓冲层,在硅基片上制备出了0.74Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.26PbTiO3弛豫铁电薄膜.研究了沉积温度对薄膜的微结构和光学性能的影响.其中,沉积温度为500oC时制备的薄膜,不仅具有纯的钙钛矿结构,高度(110)择优取向、致密、无裂纹的形貌、而且具有最大的剩余极化,大小为17.2μC/cm2.使用柯西模型进行拟合反射谱,分析得到薄膜的折射率和消光系数.在波长为633 nm时,500oC沉积的薄膜的折射率大小为2.41.另外,薄膜的光学带隙在2.97～3.22 eV范围内.并初步讨论了这些薄膜的光学性能的差异.

Mn掺杂Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3单晶微米尺度压电阵列的制备与铁电畴结构研究

超声探头是高端医学超声诊疗设备的核心元件,由弛豫型铁电单晶制备的新型压电器件可显著提高其性能.由于高阵元密度阵列技术与微机电系统迅速发展,传统切割填充法刀缝过宽,难以降低阵元尺寸,无法提高阵元密度,更不利于高分辨率及高频率的应用需求.采用紫外光刻-深反应离子刻蚀工艺的微机械制备方法,可以降低缝宽、提升阵列密度.制备了基于新型、高性能弛豫铁电单晶——Mn离子掺杂0.3Pb(In1/2Nb1/2)O3-0.4Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO3(Mn-PIMNT)的微米尺度压电阵列.研究了紫外光刻工艺参数、深反应离子刻蚀工艺参数对压电阵列形貌的影响规律,得到了不同沟道深度与不同压电阵元形状的形成机制以及Mn-PIMNT单晶的刻蚀速率与天线功率、偏置功率及刻蚀气体比例之间的关系规律.得到压电阵列阵元尺寸小于10μm,沟槽深度大于20μm,沟槽宽度小于5μm,侧壁角度高于87°.通过压电力显微镜研究了微米尺度压电阵元的铁电畴结构及电场效应调控.与传统切割填充法相比,本文的加工方法不存在刀缝过宽,可确保单晶晶向,促进了高频率压电单晶复合材料、高密度超声换能器阵列以及新型压电微机械系统的发展.

0.74Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-0.26PbTiO_3薄膜的光学性能研究

采用磁控溅射法,选用LaNiO3(LNO)作为缓冲层和电极层,在硅基片上成功地制备出了0.74Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.26PbTiO3(PMN-0.26PT)铁电薄膜.X射线衍射(XRD)分析表明薄膜具有沿(110)方向择优取向的钙钛矿结构.利用NKD光谱测试仪测试了薄膜的反射谱,并使用最小二乘法进行拟合分析得到其折射率和消光系数.在沉积温度为500℃时,薄膜具有更为均匀和致密的微观结构.在波长为633 nm时,该薄膜的折射率大小为2.41.薄膜的折射率和消光系数随着光子能量的增加而增加.薄膜的这些光学特性使其有望在低压电光转换器、光波导等器件中应用.

掺铁Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.26PbTiO3单晶的生长及性能研究

采用改进的布里奇曼法(坩埚下降法)生长了掺0.3%(摩尔分数)Fe的0.74Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.26PbTiO3(PMN-0.26PT)单晶.系统研究了该单晶的生长、结构、介电和热释电性能,并与纯PMN-0.26PT单晶进行了比较.研究发现,掺杂晶体的畴宽度明显大于纯晶体;单晶的矫顽场和剩余极化都明显增大;在居里温度以下,介温谱上出现两个大的异常,温度较纯晶体更接近于室温.实验结果表明,掺杂离子通过缺陷偶极对2Fe′Ti-VO??对畴起钉扎作用,增加了晶体的矫顽场,降低了晶体的介电常数和介电损耗,提高了晶体的探测优值,并保持高的电压响应优值,这对PMN-PT单晶的实际应用非常有利.这种高性能的热释电和压电单晶的掺杂改性研究将会更好地增进对其高性能本质的理解.