PZT系多层片式压电陶瓷微驱动器位移性能研究

采用陶瓷坯膜流延成型和陶瓷坯膜／金属内电极共烧技术，制作了多层片式高含铅PZT软性压电陶瓷微驱动器．该器件具有体积小、工作电压低、位移量大（38V，105μm）的特点．本文对制作的多层片式器件在直流和单向交流工作电压的作用下产生的静态和动态位移特性，从PZT压电陶瓷材料的晶体和电畴结构特点进行了分析和研究．

钆掺杂钨酸铅闪烁晶体的介电双弛豫峰研究

完成了钆离子（Ｇｄ３＋＋）掺杂钨酸铅晶体在４０～６００℃、１～１０６Ｈｚ范围内介电性能的测量．在升温过程中观察的典型的介电弛豫峰，记为α峰，其激活能为０５０±０，０１ｅＶ，频率因子ｖ＝１．４４×１０９．而在降温过程中，除α峰外还出现了另一介电弛豫峰，记为β峰，其激活能为 ０．５１±０．２ｅＶ，频率因子Ｖ＝２．４４×１０６．α峰和 β 峰均可用 Ｄｅｂｙｅ方程来描述，而其相对强度呈此消彼长的趋势．分析了Ｇｄ：ＰＷＯ中两种介电弛豫峰的起因及其相互关系，并讨论了它们与ＰＷＯ晶体闪烁性能变化之间的关系．

晶体中负离子配位多面体的结晶方位与晶体形貌

本文研究了晶体中负离子配位多面体的结晶方位与在各个面族上联结的稳定性 ,讨论了晶体各个面族的显露机率与表面结构的关系。提出了稳态面一般是以面相联结的 ,其稳定性差 ;以顶角相联结的面族生长速率快 ,一般显露面积较小或消失 ;以棱相联结时生长速率居于两者之间 ,经常显露 ,但显露面积不大。晶体表面结构花纹特征显示出负离子配位多面体往界面上迭合的轨迹 ,例如人工水晶c( 0 0 0 1 )面上的三方锥面 ,它是 [Si O4]4 四面体构成的共轮螺旋环在c( 0 0 0 1 )面的投影 ,故该面显三方结构 ,其结晶方位与晶体左右形一致。晶体表面结构上螺旋花纹一般都在稳态面上出现 ,例如CdI2 ,CdCl2 晶体 ,它们与 [Cd I6]4 ,[Cl I6]4 八面体在晶体中的结晶方位相同 ,在 [0 0 0 1 ]面上都是以八面体的面相联结 ,故稳定性差 ,生长速率慢是稳态面。由于相比邻的八面体 ,在[0 0 0 1 ]方向是以面相联 ,故八面体中的阳离子相斥 ,促使八面体相互沿a轴方向错动 ,其错动轨迹构成螺旋结构或同心圆结构。同理 ,SiC晶体在c( 0 0 0 1 )面上螺旋花纹也屡见不鲜 ,但在其它生长快的面族上则螺旋结构花纹从未见显露。

ABO_3(A—Ba,Pb;B—Ti,Nb,Mg)晶体形貌与形成机理

本文研究了溶剂提拉法生长BaTiO3 和熔体下降法生长PMNT晶体的结晶形态 ,根据 [Ti O6]8-八面体在晶体中的结晶方位和由八面体构成不同维度的生长基元稳定能 ,计算、讨论了不同生长条件下晶体各个面族的显露和晶体结晶形态的变化。溶剂提拉法生长BaTiO3 晶体各族晶面的显露用 [0 0 1 ]取向籽晶生长时 ,当转速超过 1 5r/min时晶体显四方形。显露晶面主要为 {0 0 1 }{1 0 0 },随着晶体长大 ,这两族晶面缩小 ,{1 1 0 }和{1 1 1 }两面族开始显露。熔体下降法生长PMNT时是自由成核生长 ,晶体 {1 1 1 }面族顽强显露 ,表面显三角形结构屡见不鲜。根据负离子配位多面体生长基元和晶体场理论来分析 ,[Ti O6]8-八面体以顶角相联结时稳定性差 ,只有在Ba2 +,Pb2 +阳离子存在时才有可能从生长基元结构形式和往各面族上叠合的稳定性分析 ,提出在晶体生长初期其有利生长基元为 [Ti O6]8-八面体构成架状立方体为主 ,往 {1 1 1 }和 {1 1 0 }面族叠合的自由端多于 {1 0 0 }面族 ,故 {1 0 0 }面族显露 ,晶体呈四方柱状。随着晶体长大 ,溶液中Ba2 +减少 ,架状生长基元减少 ,[Ti O6]8-八面体和以八面体构成的链状基元为主。八面体生长基元往 {1 0 0 }面叠合有两个自由端 ,往 {1 1 1 }和 {1 1 0 }面只有一个自由端 ,而且 [1 1

弛豫铁电体Pb(B_1B_2)O_3和钛酸铅固溶体的相稳定性

弛豫铁电体Pb(B1B2 )O3 和PbTiO3 能够形成具有复合钙钛矿结构的二元固溶体Pb(B1B2 )O3 PbTiO3 。到目前为止 ,已经发现了多种这类二元固溶体单晶 (如PMN PT、PZN PT和PSN PT等 )不仅具有良好的介电性能 ,而且具有良好的压电性能。和普通压电陶瓷PZT相比较 ,弛豫铁电单晶的纵向机电耦合系数k3 3 要大得多 ,可以达到 90 %以上。由于缺少这类二元固溶体单晶的高温相图 ,这类单晶的生长比较困难。我们通过对几种具有复合钙钛矿结构的二元固溶体体系 ,进行差热分析 (DTA)和热重分析 (TG) ,分析了固溶体的相关系和相稳定性。并用粉末X射线衍射谱 (XRD)分析了固溶体的结构 ,以便确定相应的单晶生长方法。研究结果表明 ,A(B1B2 )O3 PbTiO3 二元固溶体体系的结果比较复杂 ,体系中除了具有钙钛结构的铁电相之外 ,还有多种焦绿石相 ,而且不同的弛豫铁电体形成的固溶体其相稳定性的差异较大。其中PMN PT固溶体的相稳定性较高。研究结果表明 ,PMN PT固溶体的液相线和固相线比较接近 ,晶体生长中的分凝现象较小 ,可以看作为同成分熔化的化合物 ,故可以用熔体法来直接生长单晶。PZN PT单晶的相稳定性较差 ,需要加入一定量的溶剂才能使相稳定 ,故可以用助熔剂法来生长PZN PT单晶。

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。

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?

弛豫型铁电单晶0.76PMN-0.24PT的铁电相变特征

采用介电、铁电与热释电表征法，结合电畴结构的实时观察，对０．７６ＰＭＮ－０．２４ＰＴ单晶的相变特征进行了研究，发现其铁电性质介于典型弛豫铁电体与正常铁电体之间．该单晶极化前具有一种处于微畴至典型宏畴之间的过渡型电畴，其（００１）晶片在极化后发生场致相变，并在其后的升温程序中表现出两个特征温度Ｔ_ｄ与Ｔ_ｍ．Ｔ_ｄ为电容率随温度下降而开始急剧下降的温度，对应于零场升温程序中的由电场诱导的典型宏畴－过渡型宏畴的转化；在Ｔ_ｄ～Ｔ_ｍ温区，晶体持续发生铁电－顺电相变或退极化作用，以宏畴态存在的铁电相与顺电相共存；在略高于Ｔ_ｍ的温度，晶体转化为宏观顺电相，铁电相以微畴态存在．由于场致相变与晶体取向有关，相对于同成分的单晶来说，多晶陶瓷在同样的温度一电场历程下显示不出特征温度Ｔ_ｄ．

Bi_4Ge_3O_(12)晶体的声光性质及其应用

锗酸铋（ＢＧＯ）晶体属立方晶系，在０３６μｍ波段有良好的透过率，无自然双折射和旋光性，具有良好的光学性能。用ＢＧＯ晶体制得的声光调制器的性能：中心频率８０ＭＨｚ，３分贝带宽１２ＫＨｚ，对于驻波型器件，在１Ｗ驱动功率下，零级调制效率可达５７％（６３３ｎｍ）。除声光效应外，ＢＧＯ同时具有电光、磁光、光折变和激光等光电子性能。讨论了在ＢＧＯ声光效应的基础上发展新颖复合功能器件如声光调Ｑ／激光、声光锁模／激光的可能性。