鈮鋅酸鉛-鈦酸鉛和鈮鎂銦酸鉛-鈦酸鉛單晶的物性研究.pdf

1、近十年來，弛豫鐵電-正常鐵電型固溶體單晶，如鈮鋅酸鉛-鈦酸鉛(PZN-PT)和鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT)，由于具有非常優(yōu)異的壓電與機電、光學、聲學和鐵電性能引起了人們的普遍關注，并已在新一代超聲波換能器和高性能微驅動器中發(fā)揮了巨大作用。接近準同型相界組分的PZN-0.07PT單晶具有單一相結構、高度組分均勻性、高晶體質量和高宏觀物理性能等特點，其壓電與機電方面的應用現(xiàn)已進入器件的研制開發(fā)階段。另外，PZN-0.07PT單晶可以沿其

2、自發(fā)極化方向極化成非常好的單疇態(tài)，在光學器件領域也具有非常誘人的應用前景，但其很多光學性質還未見報道，所以研究PZN-0.07PT單疇單晶的光學性能具有非常重要的實際應用價值。而隨著晶體生長技術的不斷成熟，在近期人們又生長出大體積的鈮銦酸鉛-鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PIN-PMN-PT)單晶，它具有比PMN-PT單晶更高的矯頑場和相變溫度，更適合應用于大驅動電壓的機電器件，并擁有更寬的工作溫度范圍，因此對PIN-PMN-PT這種新型鐵電單晶的

3、基本機電性能的研究對此類單晶材料的機電器件應用十分重要。
　　本文首先將PZN-0.07PT單晶極化成單疇態(tài)，然后使用布儒斯特角法測量了單晶的線性折射率，確定了單晶屬于正單軸晶體。使用改進的馬赫-曾德爾干涉法測量了晶體的線性電光系數(shù)，發(fā)現(xiàn)其有效電光系數(shù)比傳統(tǒng)的電光晶體鈮酸鋰高出兩倍。使用折射率橢球理論研究了鐵電晶體的逆壓電效應對其電光相位和強度調制系統(tǒng)半波電壓的影響，發(fā)現(xiàn)鐵電單晶的逆壓電效應在電光調制應用時不可忽略，而橫向壓電應變

4、可以大大降低電光調制的半波電壓值。通過紫外-可見-近紅外吸收光譜和偏振拉曼光譜相結合的方法，研究了PZN-0.07PT單疇單晶的光學吸收邊和帶隙寬度。對晶體內部的直接躍遷和間接躍遷性質進行了詳細的研究，確定了在光學間接躍遷過程中起主要貢獻的聲子對應于Nb-O-Zn伸縮振動模式。另外，PZN-0.07PT單疇單晶在可見光區(qū)具有高的光學透過率，可以達到制作光學器件的要求。
　　本論文還研究了PIN-PMN-PT鐵電單晶在不同極化狀態(tài)下

5、的介電、壓電、彈性和機電耦合性質。測量得到若干組自洽的全矩陣宏觀機電參數(shù)。[011]c方向極化的PIN-PMN-PT單晶具有非常可觀的橫向和剪切壓電性能。研究了PIN-PMN-PT單晶的介電常數(shù)的溫度和頻率依賴關系，其矯頑場和相變溫度比PMN-PT單晶都有明顯的提高。首次測得了一組無偏壓條件下PIN-PMN-PT單疇單晶的全矩陣宏觀機電參數(shù)，并利用坐標變換方法研究了鐵電單晶宏觀機電性能的取向效應，發(fā)現(xiàn)鐵電疇的取向效應在晶體的宏觀機電性能

6、中起主要作用。
　　利用超聲波譜的方法測量了25-100MHz超聲頻率范圍內沿[001]c方向極化的PIN-0.45PMN-0.31PT工程疇單晶的高頻超聲色散和衰減特性，進而得到其彈性常數(shù)的實部和虛部的高頻超聲色散關系，并對測量結果進行了詳細的誤差分析，得到了準確可靠的實驗數(shù)據(jù)。使用克拉默斯-克勒尼希關系對測量得到的聲速和衰減的色散關系進行了驗證，實驗測量的結果與克拉默斯-克勒尼希關系符合很好。另外，我們發(fā)現(xiàn)[001]c方向極化