PT基弛豫铁电晶体生长与熔体状态的研究

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作者卜欠欠
来源西安工业大学
出版年2015
摘要
组分靠近准同型相界的铅基弛豫铁电单晶具备优异的压电、介电、机电耦合、场致应变以及声光等特性,该体系材料极其适合制作医用超声成像仪、水声换能器、压电驱动器。然而,目前生长的二元体系单晶相变温度较低,限制了其在高温器件方面的应用,同时,晶体成分和性能的不均匀性也是限制其应用的主要因素,此外,对铅基弛豫铁电单晶介电弛豫特性的研究还有待进一步深入。本文制备了铌钪酸铅(PSN)改性的铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)三元晶体PSN-PMN-PT,分析了PSN对材料电学性能的影响。此外,研究了PMN-32PT原料熔体电阻及其温度特性,探讨了温度和频率对PMN-32PT晶体介电弛豫度的影响。采用布里奇曼法制备了尺寸分别为(?)25mm×55mm和(?)40mm×35mm的6PSN-61 PMN-33PT晶体,表征了晶体的相结构、电学性能、光学性能及热稳定性。结果发现:晶体为钙钛矿结构,室温介电常数ε33、矫顽场EC、压电常数d33分别高达4060、6.18kV/cm、 1798pC/N,厚度为0.3mm的晶片红外光学透过率高达80%,三方—四方相变温度TR-T高达110℃,相比二元体系PMN-32PT性能明显提高。PMN-32PT原料具有负的电阻温度系数,其导电性随温度的升高由绝缘体向导体过渡。PMN-32PT熔体电阻不能随温度同步达到对应温度下的平衡状态,这说明PMN-32PT熔体具有一定的滞后性。PMN-32PT熔体在晶体生长温度范围内的电阻值不超过100Ω,因此,将直流静磁场引入晶体生长中抑制熔体的自然对流具有可行性。采用修正居里外斯公式和洛伦兹经验公式描述了PMN-32PT单晶的介电弛豫行为,研究发现晶体相变弥散度既是测量频率的函数,又是测量温度的函数。PMN-32PT晶体的相变弥散度随频率的增加而增加,这归因于不同类型极化偶极子在不同频率下对电场的响应差异,PMN-32PT晶体的相变弥散度随温度的改变发生变化,这是由于不同温度下晶体内部极性微区的大小和数量不同导致的。

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