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《宁波大学》 2017年
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高相变温度铅基弛豫铁电材料的单晶生长与性能表征

吴冠洁  
【摘要】:弛豫铁电单晶(1-x)Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-x Pb Ti O_3具有优异的铁电、压电性能,在水声换能器、超声马达和热释电器件方面具有巨大的应用前景。近年来,通过掺杂或增加组元等方法已经实现了晶体性能的进一步优化。其中添加Pb Zr O_3组分的体系不仅可以提高晶体的三方-四方相变温度,其电学性能也保持相对稳定,具有较高的研究价值。此外,掺杂In元素的PMN-PT晶体不但具有较好的电学性能,其大尺寸生长工艺也已基本成熟。基于上述研究,本文拟采用坩埚下降法生长Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-Pb Ti O_3-Pb Zr O_3和Pb(In_(1/2)Nb_(1/2))O_3-Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-Pb Ti O_3晶体(分别简写为PMN-PT-PZ和PIN-PMN-PT),一方面对PMN-PT-PZ晶体进行分析表征,另一方面则对PIN-PMN-PT晶体进行了退火效应的研究。采用坩埚下降法生长化学计量比为0.624/0.336/0.04的Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-Pb Ti O_3-Pb Zr O_3晶体,所得晶体尺寸为?25 mm×90 mm,其生长所需多晶料采用分步高温固相反应法制备得到。利用X射线粉末衍射仪对所得晶体进行物相分析,并对其样品进行介电、铁电及压电性能的测试。结果表明,所得三元固溶体单晶为纯钙钛矿相结构,其三方-四方相变温度T_(rt)约为130~oC,居里温度T_c介于165~oC~170~oC。取自晶体原坯三方相区段的(001)取向晶片的压电常数d_(33)介于1300~1800 p C/N范围内,其矫顽场E_c约为4~4.5 k V/cm,剩余极化强度P_r为20~31.5μC/cm2。与PMN-PT单晶比较,PMN-PT-PZ单晶仍具有较好的电学性能,且相变温度有明显提高。按照化学式0.3Pb(In_(1/2)Nb_(1/2))O_3-0.4Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-0.3Pb Ti O_3所示组分比例,通过熔体坩埚下降法生长出尺寸为?25 mm×100 mm的PIN-PMN-PT单晶。通过X射线衍射分析得到该晶体结构为纯钙钛矿相。取部分样品进行退火处理,得到黄玉色的退火样品。对退火前后样品的介电、压电、铁电及机电耦合性能进行分析表征,结果显示未退火样品的居里温度T_c约为167℃,介电常数最大值为60924,压电常数d_(33)2000 p C/N,其矫顽场介于2.1~3.2 k V/cm,剩余极化强度为25~27μC/cm2;而退火样品的居里温度T_c约为172℃,介电常数最大值为77610,其压电常数d_(33)为1783 p C/N,矫顽场介于2.5~3.6 k V/cm,剩余极化强度为26.5~29.4μC/cm2。比较上述结果可以发现,退火样品的性能要略优于未退火样品。
【学位授予单位】:宁波大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TB34;O78

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