鈮鎂酸鉛基鐵電單晶機(jī)電性質(zhì)和電場誘導(dǎo)電疇反轉(zhuǎn)研究.pdf

1、弛豫鐵電單晶是一類復(fù)雜的固溶體化合物,如鈮鋅酸鉛-鈦酸鉛(PZN-PT)和鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT)單晶,由于這類晶體具有十分優(yōu)異的壓電、鐵電、聲學(xué)和光學(xué)等性質(zhì),因此受到了人們的廣泛關(guān)注。弛豫鐵電單晶 PZN-PT和 PMN-PT隨著 PT組分的變化會發(fā)生結(jié)構(gòu)相變,準(zhǔn)同型相界(MPB)組分的弛豫鐵電單晶PZN-PT和PMN-PT表現(xiàn)出最優(yōu)異的壓電和鐵電性質(zhì),同時也具有十分復(fù)雜的鐵電電疇結(jié)構(gòu)。由于材料的宏觀物性都是其微觀結(jié)構(gòu)的外在表

2、現(xiàn),弛豫鐵電單晶損耗特性(介電損耗、機(jī)械損耗、壓電損耗)與鐵電電疇疇壁貢獻(xiàn)密切相關(guān),對于弛豫鐵電單晶損耗特性的研究可以揭示鐵電電疇結(jié)構(gòu)與宏觀機(jī)電性質(zhì)的密切關(guān)聯(lián),以及巨壓電性質(zhì)起源等物理問題。
　　本文建立了一套利用阻抗(導(dǎo)納)譜中五個特征參數(shù)研究弛豫鐵電單晶復(fù)數(shù)機(jī)電性質(zhì)的表征方法。研究了[001]c方向極化的弛豫鐵電單晶 PMN-0.29PT的復(fù)數(shù)機(jī)電性質(zhì),發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)壓電陶瓷PZT-5H比較而言,PMN-0.29PT單晶具有非常小

3、的介電損耗因子,但是機(jī)械損耗因子卻與 PZT-5H陶瓷相似,表明弛豫鐵電單晶PMN-PT是一類機(jī)械損耗較高的鐵電單晶。
　　弛豫鐵電單晶中主要包含兩類鐵電電疇結(jié)構(gòu):非180°鐵電電疇和180°鐵電電疇。非180°鐵電電疇則主要有71°、109°和90°鐵電電疇。通過對PMN-0.30PT單晶偏光性質(zhì)的研究發(fā)現(xiàn)在電場誘導(dǎo)鐵電電疇反轉(zhuǎn)過程中,非180°鐵電電疇反轉(zhuǎn)是晶體極化的主要過程,180°鐵電電疇反轉(zhuǎn)可以通過兩個或者多個非180°

4、鐵電電疇的連續(xù)反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。研究了PMN-0.38PT和PMN-0.30PT單晶損耗特性與極化電場的依賴關(guān)系。發(fā)現(xiàn)在極化過程中,PMN-0.38PT單晶介電損耗因子隨著極化電場強(qiáng)度的增加而減小,而機(jī)械損耗因子則隨著極化電場強(qiáng)度的增加而增大。在研究PMN-0.30PT單晶損耗特性與極化電場依賴關(guān)系時,發(fā)現(xiàn)在90℃下 PMN-0.30PT單晶可以被極化成為四方單疇結(jié)構(gòu),在單疇狀態(tài)PMN-0.30PT單晶介電損耗因子和機(jī)械損耗因子都變得很小。這

5、表明晶體的介電損耗主要源于非180°和180°鐵電電疇疇壁的貢獻(xiàn),而機(jī)械損耗特性則主要來源于晶體內(nèi)部非180°鐵電電疇疇壁的貢獻(xiàn)。
　　隨著弛豫鐵電單晶生長技術(shù)的不斷提高,最近人們成功生長出了大尺寸的三元系弛豫鐵電單晶鈮銦酸鉛-鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PIN-PMN-PT)。它不僅具有優(yōu)異的壓電性質(zhì),同時還具有較高的退極化溫度和矯頑場,這些優(yōu)異的機(jī)電性質(zhì)使這類新型弛豫鐵電單晶更適合應(yīng)用于中功率壓電器件。本文研究了[001]c、[011]

6、c和[111]c方向三元系弛豫鐵電單晶 PIN-0.49PMN-0.27PT在不同極化狀態(tài)下的退極化過程,發(fā)現(xiàn)在極化電場作用下不同晶向的PIN-0.49PMN-0.27PT單晶內(nèi)部會誘導(dǎo)出不同的鐵電中間相。同時證明了單斜相在極化后的鐵電單晶中不能穩(wěn)定存在。研究了[011]c和[111]c方向極化的 PIN-0.49PMN-0.27PT單晶壓電性質(zhì)與溫度的依賴關(guān)系,發(fā)現(xiàn)弛豫鐵電單晶壓電性質(zhì)與自發(fā)極化取向密切相關(guān)。同時發(fā)現(xiàn)[011]c方向極