极化调控PIN-PMN-PT铁电单晶压电性能的均匀性

弛豫铁电单晶具有优异的压电性能,在医学超声换能器、水声器件等领域有重要应用。坩埚下降法生长的弛豫铁电单晶不可避免地存在组分偏析,导致材料利用率极低。本工作测试了0.24PIN-0.46PMN-0.30PT铁电单晶沿生长方向压电系数(d_(33))和介电常数(ε_(33)^(T)/ε_(0))的变化,结果显示d_(33)和ε_(33)^(T)/ε_(0)沿着生长方向变化极大,能保持性能接近的区域不足20 mm。通过针对不同区域的极化设计,对铁电-铁电相变温度接近的区域进行极化调控,使超过60%晶体部分的d_(33)和ε_(33)^(T)/ε_(0)分别维持在(1500±140)pC·N-1和4900±350。为了验证极化调控后的晶体谐振区域是否一致,测试了两端区域的k_(33)振子的谐振谱,结果显示两者的机电耦合系数接近,谐振和反谐振的峰位置也接近,而且不存在额外的寄生振动,说明采用极化调控PIN-PMN-PT铁电单晶沿生长方向的均匀性是可行的。本工作为提高PIN-PMN-PT铁电单晶的利用率提供了一种参考方案。

铅基弛豫型铁电单晶研究进展及其应用

铅基弛豫型铁电单晶由于其具有潜在的巨大商业和军用价值日益受到了人们的重视。本文主要对新型压电单晶的研究进展进行了较为全面的概述。并对其在电声换能技术中的应用前景进行了分析。

高性能PMN-PT系铁电单晶在医疗超声中的产业化进展

PMN-PT系铁电单晶因其出色的压电和高机电耦合系数的特性,在超声换能器领域具有非常好的应用前景。近年来,我国一些研究团队在铁电单晶的理论研究和晶体生长上取得了突破性成就,为铁电单晶在医疗超声领域的大规模应用奠定了坚实的基础。文章概述了近年来一些研究团队在铁电单晶上的研究进展,以及医用超声换能器领域中使用铁电单晶的工作进展,总结了国内超声企业在铁电单晶换能器产业化的进程。

铁电单晶断裂行为的实验研究进展

铁电单晶材料的断裂韧性很低,在力、电等载荷单独或协同作用下很容易萌生微裂纹,并使其扩展,从而导致铁电单晶的断裂。从力载荷、电场载荷、力电协同载荷以及环境断裂几个方面概述了近年来铁电单晶断裂行为的实验研究进展,并提出了一些当前铁电单晶断裂行为实验研究方面的建议。

钙钛矿型弛豫铁电单晶的微畴-宏畴转化

钙钛矿型弛豫铁电单晶PMNT ,PZNT由于具有十分优异的压电与机电耦合性能而广受关注。作为与铁电材料的性能与应用密切相关的电畴结构在这类单晶中也有明显的特点 ,即随温度、电场和组分的变化 ,电畴结构可发生微畴 宏畴的转化。本文采用偏光显微镜、扫描电声显微镜 (SEAM)、微分干涉衬度显微镜 (DIC)、扫描电子显微镜 (SEM)与透射电子显微镜 (TEM)等多种实验手段对系列组分的PMNT晶体的电畴结构进行了观察研究。发现由纯PMN开始 ,随PbTiO3 的增加 ,室温下的晶体结构逐渐发生立方相 三方相 四方相的变化 ,其电畴结构在三方相区完成微畴 宏畴转化 ;在三方 -四方相变中 ,发生71°(或 1 0 9°)宏畴 - 90°宏畴的转化。在微畴 宏畴转化过程中 ,电畴的显示逐渐趋好 ,从肉眼无法识别至可以清楚识别。研究中发现PMNT76 / 2 4,PMNT70 / 30晶体中的电畴是一种畴宽细窄、畴壁微弯曲且断续延伸的不规则宏畴 ,其中存在非极性微区。结合前人对部分PZNT晶体电畴结构的观察结果 ,本文认为弛豫型铁电单晶的微畴 宏畴转化具有一个过渡性变化历程 ,即微畴 (光学均质体 )—亚微畴 (光学非均质体 ,不见畴壁 )—不规则宏畴—规则宏畴。具有不规则宏畴结构的晶体在介电性能上更偏向于弛豫型铁电体 ,具有规则宏畴的晶体则更偏?

钛酸钡铁电单晶压痕诱发微裂纹形成与90°铁电畴变

用偏光显微镜和扫描电子显微镜观察研究了不同取向BaTiO3铁电单晶在Vickers压痕作用下微裂纹与90。铁电畴变的形态。发现对于[001]取向极化的BaTiO3铁电单晶,压痕诱发短裂纹不仅发生在沿着压痕对角线方向,而且由于相邻等价畴变区界面的结构错配,还发生在与压痕对角线成45°的方向。对于[100]取向的BaTiO3铁电单晶,在偏离水平方向(垂直于极化方向)约15°～20°角出现了对偶长裂纹。如果将压痕的对角线从极化方向旋转45°,则压痕诱发的裂纹长度大大缩短。认为由于结构错配的影响,裂纹倾向于沿着两畴变区的界面或沿着已畴变区和未畴变区的界面形成。

铁电单晶断裂行为的实验研究进展

铁电单晶材料的断裂韧性很低,在力、电等载荷单独或协同作用下很容易萌生微裂纹,并使其扩展,从而导致铁电单晶的断裂。从力载荷、电场载荷、力电协同载荷以及环境断裂几个方面概述了近年来铁电单晶断裂行为的实验研究进展,并提出了一些当前铁电单晶断裂行为实验研究方面的建议。

锗酸铅(Pb_5Ge_3O_(11))铁电单晶的生长与缺陷研究

采用坩埚下降法成功生长了铁电锗酸铅 (Pb5Ge3 O11)单晶。所用Pt坩埚尺寸为2 5mm× 2 0 0mm和10mm×6 0mm ,炉温控制在高于熔点 5 0～ 80℃ ,固液界面温度梯度小于 2 5℃ /cm ,生长速率小于 0 .5mm/h。所得晶体呈浅棕色 ,最大尺寸达2 5mm× 6 0mm。采用光学显微镜 (OM)及电子探针 (EPMA)研究了所得晶体的生长缺陷 (气泡、包裹体等 ) ,讨论了产生这些缺陷的原因 ,提出了控制及减少此类缺陷的方法。

铁电单晶三维定向的X射线衍射方法

目前采用坩埚下降法生长的弛豫铁电单晶为圆柱状晶体,无自然结晶面,晶体在切割加工前必须进行三维定向。本文提出了一种利用粉末X射线衍射仪和X射线定向仪确定铁电单晶三维方向的简便方法。通过粉末X射线衍射仪确定任意切割晶面的最强衍射峰,然后利用X射线定向仪确定最强衍射峰准确的切割面,再通过X射线定向仪确定两个晶面的交线方向,从而获取晶体的三维方向,进而指导晶体切割加工。使用该方法对Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-PbTiO_(3)铁电单晶进行三维定向,结果证明该定向方法具有准确度高、效率高、操作方便、晶体损耗少的特点。该方法也适用于其他晶体材料的定向。

[210]_(cub)切型弛豫铁电单晶PMN-32PT电畴研究

利用偏光显微镜研究了电场对弛豫铁电单晶PMN-32PT电畴组态的影响.结果表明,对于[210]cub切型单晶,当施加的电场强度为0kV.cm-1时,透明区域呈三方畴形态;当施加电场强度为6kV.cm-1时,诱导出单斜相;但继续增加电场强度至10kV.cm-1时,晶体没有呈现单斜相的单畴形态,亦无其他相变;此后,将电场强度减小至5kV.cm-1时,单斜相消失,说明该单斜相是亚稳态的.

铌镁(锌)酸铅-钛酸铅弛豫铁电单晶研究进展

在最近十几年中,新型弛豫型铁电单晶铌镁酸铅-钛酸铅和铌锌酸铅-钛酸铅受到了广泛的关注。这是由于这种新型的弛豫型铁电单晶和传统的压电材料相比较,在准同型相界附近表现出良好的压电、介电与电致伸缩性能。文章介绍了铌镁(锌)酸铅-钛酸铅系列单晶的基本性质,国内外在该晶体制备及晶体性能相关领域的研究进展。

PSKNN铁电单晶及其激光法生长

采用改进的激光加热基座法 (LHPG)生长出了位于准同形相界附近的含有 Pb元素的钨青铜结构的铁电晶体 (1- x) Pb2 KNb5O15- x Sr2 Na Nb5O15(PSKNN)。通过调节激光功率和陶瓷源棒中 Pb O的含量 ,有效地控制和补偿了晶体生长过程中 Pb O的挥发。通过选择适当的籽晶 ,可以得到沿 [0 0 1],[10 0 ]和 [110 ]方向生长的 PSKNN晶体。研究了所生长晶体的铁电、介电和压电性质 ,并对其准同形相界进行了初步的讨论。

分凝对0.80Na1/2Bi1/2TiO3-0.20BaTiO3铁电单晶电学性能的影响

采用坩埚下降法生长了尺寸为2mm×70mm的0．80Na1／2Bi1／2TiO3-0．20BaTiO3（0．80NBT-0．20BT）无铅铁电单晶。通过X射线荧光分析研究了晶体中的分凝现象。结果表明：该单晶沿其纵向生长方向由顶部至底部，BaTiO3（BT）含量逐渐增加，晶体棒底部BT含量为32．15坂摩尔分数，下同），而顶部BT含量为14．26％。XRD分析表明：室温下晶体棒为四方相钙钛矿结构。随着BT含量增加，室温下晶体[001]方向的介电常数减小，去极化温度升高。位于晶体棒中间部位的晶体样品0．81NBT-0．19BT的压电性能最佳，室温下该样品在[001]方向的电学性能指标分别为：压电系数d33=158pC／N，机电耦合系数ki=0.463。

铁电单晶Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3的高场致应变及其在层叠式驱动器中的应用

通过研究 (1_x)Pb(Mg1 3Nb2 3)O3_xPbTiO3(PMNT)单晶在不同方向、不同组分下高场致应变的特性 ,确定了〈0 0 1〉取向PMNT单晶 (2 9%≤x≤ 31% )为制作层叠式驱动器的最佳组分范围 ,这组分的单晶具有高场致应变、低滞后而且性能较稳定的特点 .研究结果表明 ,在保证应变曲线的线性和低滞后的前提下 ,将近 - 2kV cm的负电场能够运用于〈0 0 1〉方向的PMNT晶体上 .4 0层 (每片晶片尺寸为 7mm× 7mm× 0 7mm)PMNT层叠式驱动器在电场 - 1 5—10kV cm的驱动下 ,可以获得 38 1μm的纵向位移 ,负载 4 0N的重量后 ,位移量减为

铁电单晶0.62Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-0.38PbTiO_3折射率的研究

用最小偏向角法在 2 0℃下精确测量了 0 6 2Pb(Mg1 3Nb2 3)O3 0 38PbTiO3( 0 6 2PMN 0 38PT)单晶的折射率 ,给出了该温度下折射率色散的Sellmeier方程 .研究了能带结构与折射率的关系 ,计算了样品的Sellmeier光学系数 :对no,E0 =5 5 0eV ,λ0 =0 2 2 6 μm ,S0 =1 0 0 4× 10 1 4m- 2 ,Ed =2 8 10eV ;对ne,E0 =5 5 7eV ,λ0 =0 2 2 3μm ,S0 =1 0 17×10 1 4m- 2 ,Ed=2 8 10eV .ABO3型钙钛矿材料中 ,BO6 八面体基元决定了晶体的能带结构 。

弛豫铁电材料在准同型相界附近结构和性能研究的最新进展

铅系钙钛矿结构弛豫铁电材料在准同型相界区域的单晶,因为具有优异的介电、压电性能及潜在的应用前景,近年来已经引起了广泛的重视,本文较详细地介绍了其反常性能的一些特征,以及对其起源在理论及实验观察上的最新进展,重点介绍了自发极化在外场下进行偏转的理论,以及近年来用同步辐射的Ｘ射线衍射实验研究结果,发现在原先以为只有菱方相和四方相的准同型相界区域存在着单斜相．

PLZST单晶的弛豫结构相变

采用复合助熔剂技术,生长了完整、尺寸为2 mm×2 mm×2 mm的锆钛锡酸铅镧(简称PLZST)单晶。X射线衍射分析结果表明:晶体属四方晶系结构,晶格常数为:a=b=4.062 nm,c=4.106 nm。Raman光谱分析确定了PLZST单晶的结构相变温度为175℃,且其顺电反铁电相变为可逆相变,具有弛豫特性。通过高分辨透射电镜(HRTEM)分析了晶体的微观结构,讨论了PLZST单晶的弛豫相变规律和相变行为。

Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-0.3PbTiO_3单晶紫外可见近红外光学性质

通过温度依赖的透射和反射光谱研究了在准同型相界附近的Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-0.3PbTiO_3(PMN-0.3PT)单晶光学性质.这种禁带宽度随温度范围不同变化规律不同现象,揭示了PMN-PT单晶温度依赖的复杂相结构.禁带宽度Eg在303 K是3.25 e V,临界点Ea是3.93 e V,临界点Eb是4.65 e V,它们随着温度的上升而下降,在453 K禁带宽度Eg是3.05 eV,临界点Ea是3.57 eV,临界点Eb是4.56 eV.这三个跃迁能量Eg、Ea、Eb分别对应从O 2p到Ti d、Ni d、Pb 6p轨道跃迁.它们随温度上升而下降的变化规律可以用晶格热膨胀和电子声子相互作用理论来解释.通过Tauc-Lorentz色散模型拟合得到了303 K到453 K温度范围的Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O3-0.3PbTiO_3单晶光学常数及其随温度的变化规律,发现折射率n随着温度的升高而升高.

Pb(Sc_(1/2)Nb_(1/2))O_3-Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3-PbZrO_3弛豫铁电晶体的生长及表征

采用高温溶液法生长了准同型相界(MPB)四元弛豫铁电单晶Pb(Sc_(1/2)Nb_(1/2))O_3-Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3-PbZrO_3,得到较大尺寸且具有规则外形的立方单晶。研究结果表明所生长的晶体为钙钛矿结构,立方晶粒平整的暴露面均为(001)面;晶体以层状方式生长,生长机制为搭桥生长;所生长晶体的矫顽场EC^3.52 k V/cm,三方四方相变温度Tr-t^104℃,居里温度Tc^149.5℃,压电常数d33~1089 p C/N,剩余极化强度Pr^25.4μC/cm2;随着频率增加,晶体的相变弥散度减小。