烧结温度对SBTi铁电陶瓷电性能的影响

用溶胶-凝胶法制备了钛酸锶铋层状钙钛矿结构(SBTi)铁电陶瓷,研究了不同烧结温度对其显微结构和电性能的影响,分析了相关机理,发现1100℃烧结样品的晶粒发育比较完全,居里温度为520℃;压电常数d33和剩余极化强度2Pr较大,分别为9×10-12C/N和2.1μC/cm2,矫顽场强2Ec为49.4kV/cm.     

ADP及KDP晶体纵向压电系数d33的计算及其验证

ADP(磷酸二氢铵)和KDP(磷酸二氢钾)晶体都属于42m点群,是20世纪早期的著名压电晶体,具有易于大尺寸生长的优点。但它们在主轴坐标系中只有厚度切变压电系数(d14,d36),没有纵向压电系数(d33,k33),而这种纵向压电效应在实际应用中较多。本文通过利用坐标变换的方法,计算了这两种晶体纵向压电性能在空间的分布。通过计算,首先我们发现这两种晶体在空间存在着纵向伸缩压电效应,其次我们还得到了它们在空间的纵向压电系数的最大值和切型。ADP晶体:d33,m ax=8.66×10-12C/N,切型为(xywl)45°/50°;k33,m ax=0.07,切型为(xywl)45°/50°。KDP晶体:d33,m ax=4.54×10-12C/N,切型为(yzlw)45°/55;°k33,m ax=0.04,切型为(yzlw)45°/48°。ADP晶体的纵向压电性能略好于KDP。另外,本文还分别对上述计算结果进行了实验验证,实验结果与计算结果基本一致。对两种晶体压电器件的进一步开发和利用具有理论指导意义。     

退火温度对La3Ga5SiO14薄膜结构及表面形貌的影响

采用脉冲激光沉积技术在Si(100)衬底上制备了La3Ga5SiO14薄膜,并研究了不同的退火温度对薄膜结构和表面形貌的影响.衬底温度为室温时生长的薄膜经过800 ℃以上的高温退火后,由最初的无定形态转变为无规则取向的多晶结构.衬底温度为400 ℃时生长的薄膜经过800 ℃退火处理后呈现无序的多晶形态.当退火温度进一步升高至1000 ℃时,XRD图谱显示薄膜由最初的(220)和(300)两个结晶方向转变为以(200)和(400)为主要取向的多晶结构.表面形貌分析表明:衬底温度为400 ℃时,随着退火温度的升高,薄膜颗粒尺寸逐渐增大,表面无裂纹,而衬底温度为室温时生长的薄膜退火后则出现大量的裂缝、孔洞等缺陷.     

新型压电晶体Sr3 Ga2 Ge4 O14的性能表征

采用坩埚下降法以及坩埚密封技术,成功生长了直径50mm的新型压电晶体Sr3Ga2Ge4O14.测试了晶体的晶格常数、热膨胀系数、密度、硬度和透过光谱等基本物理性能.测试结果表明:晶体热膨胀系数明显小于石英晶体,而且α11和α33相对比较接近,有利于该晶体用作声表面波用基片材料.在250～2500nm波段范围内,其透过率均大于80;,优于相同结构的La3Ga5SiO14晶体,是一种潜在的激光基质晶体材料.     

烧结温度对CaBi4Ti4O15陶瓷电性能的影响

用溶胶凝胶法制备了CaBi4Ti4O15铋层状钙钛矿结构陶瓷样品,研究了烧结温度对其显微结构和电性能的影响,分析了相关机理,认为烧结温度过高主要会引起烧结过程中铋的挥发导致氧空位产生造成晶格畸变使材料“变硬”而影响样品的压电性能。发现在1100℃温度下烧结的样品为铋层状钙钛矿结构,晶粒发育完全,综合性能良好,居里温度为784℃,压电常数d33为7.7×10-12C/N、介电损耗tanδ为2.1×10-3。     

LGAS晶体的微结构及声表面波特性研究

本文采用第一性原理计算了La3Ga5-xSiAlxO14 (LGAS)压电晶体几何结构、能带和态密度.并研究了其在X、Y和Z切型的声表面波速度、机电耦合系数及能流角.当x=0.5时,构建了La3Ga4.5SiAl0.5O14晶体的1×1×2超晶胞结构,发现A1原子替代2d四面体位置的Ga原子时体系总能量最低,体积最小,因此是最稳定的状态.与石英相比,LGAS具有声表面波速度较低、机电耦合系数较大且存在能流角为零的切型等优点.掺Al元素降低了成本但对结构和声表面波特性影响不大.Y切0是较好的切型,可用于制备声表面波器件.     

预烧温度对(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Hf0.1)O3压电陶瓷电性能的影响

采用固相法分别在1100~1250 ℃的预烧温度下制备了(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Hf0.1)O3(BCHT)无铅压电陶瓷,通过对所制备陶微观结构和电性能的测试,发现:所有样品均具有纯的钙钛矿结构;随预烧温度的增加,室温下样品逐渐由四方相向三方相转变,预烧温度在1150~1250 ℃时两相共存;样品的压电常数d33、剩余极化强度Pr均随预烧温度的升高呈现先减小后增加的趋势,相对介电常数εr、弥散系数γ呈现先增加后减小的趋势,而矫顽场Ec则逐渐降低.样品的综合性能在预烧温度1250 ℃处达到最佳值: d33=525 pC/N,Pr=10.2 μC/cm2,Ec=1.30 kV/cm,εr=17699,γ=1.65,表明该材料具有良好的应用前景.     

不同温度下Ga3PO7晶体的声表面波特性研究

针对Ga3PO7晶体的压电特性,利用克里斯托夫方程计算了0～120℃范围内7个不同温度点的Ga3PO7的X、Y、Z切型传播角度为0°～ 180°的声表面波速度、机电耦合系数、能流角.结果表明,Z切型的Ga3PO7晶体受温度的影响较大,X和Y切型的温度稳定性相对Z切型较好,且这两种切型的SAW传播速度都与石英晶体相当.X切型中最佳传播角度情况下的机电耦合系数为0.532;,是石英晶体的2倍,而Y切型中最佳情况下的机电耦合系数可以达到1.041;,是石英晶体的4倍多.     

高相变温度弛豫铁电单晶PMN-PT-PZ的生长与性能表征

按照0.624Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.336PbTiO3-0.04PbZrO3化学式所示组分比例,采用分步高温固相反应合成出PMN-PT-PZ多晶,通过熔体坩埚下降法生长出尺寸φ25 mm×90 mm的PMN-PT-PZ单晶.应用X射线衍射对所获多晶和单晶试样进行了物相分析,测试了PMN-PT-PZ晶片的介电温谱、电滞回线和压电常数.结果表明,所得三元固溶体单晶PMN-PT-PZ为不含焦绿石相的纯钙钛矿相结构,其三方-四方相变温度Trt达130℃,居里温度Tc为165～ 170℃,取自单晶原坯三方相区段的(001)取向晶片的压电常数d33在1300～ 1800 pC/N之间;其矫顽电场Ec为4～ 4.5 kV/cm,剩余极化强度Pr为20 ～ 31.5μC/cm2.跟PMN-PT单晶比较,PMN-PT-PZ单晶仍具有较大压电常数d33,而三方-四方相变温度明显提高,其矫顽电场有所增大.     

La3Ta0.5Ga5.5-xAlxO14高温压电晶体材料的声表面波特性研究

本文计算了La3Ta0.5Ga5.5-xAlxO14(x＝0,0.3,O.5)压电晶体的X,y和Z切型的声表面波速度、机电耦合系数及能流角.计算结果表明了La3Ta0.5Ga5.5-xAlxO14(LTGAx)具有声表面波速度低、机电耦合系数大、存在能流角为零的切型等优点,同时总结出y切型为声表面波特性比较好的切型,为LTGAx(x＝0,O.3,0.5)晶体的声表面波应用提供了理论依据.     

BNT-BKT-BiFeO3无铅压电陶瓷的压电性能和退极化温度

采用传统陶瓷制备方法,制备了系列新型无铅压电陶瓷材料(1-x-y)Bi0.5Na0.5TiO3-xBi0.5K0.5TiO3-yBiFeO3(简写为BNT-BKT-BF-x/y).研究了该体系陶瓷微观结构、压电性能和退极化温度变化规律.结果表明:在所研究的组成范围内,所制备的材料均能够形成纯钙钛矿固溶体,陶瓷三方、四方共存的准同型相界(MPB)成分为x=0.18～0.21,y=0～0.05,在准同型相界成分附近该体系陶瓷压电性能达到最大值:d33=171pC/N,kp=0.366.采用平面机电耦合系数kp和极化相位角θmax与温度的关系来确定退极化温度,得到的结果基本相同,陶瓷的退极化温度随BF含量的增加一直降低,随BKT含量的增加先降低后升高.     

B位复合离子取代BNT无铅陶瓷的压电介电性能

采用两步合成工艺,制备了新型Bi1/2Na1/2Tix(Mg1/3Nb2/3)xO3,系无铅压电陶瓷.研究了B位复合离子取代对BNT陶瓷的晶体结构及压电与介电性能的影响.X射线衍射分析表明,所研究的组成均能够形成纯钙钛矿(ABO3)型固溶体;当x=0.015时,该体系陶瓷具有较佳的压电性能:压电常数d33=101 pC/N;k,=0.48.陶瓷材料的介电常数-温度曲线显示该体系材料具有明显的弥散相变特征.该体系陶瓷具有高kt值,低kp值;其比值kt/kp较大,具有较大的各向异性,是一种适合高频下使用的优良的超声换能材料.     

无铅压电陶瓷的研究进展

BaTiO3、Na0.5Bi0.5TiO3和K0.5N0.5NbO3三大体系无铅压电陶瓷因其优异的压电介电性能,尤其是以准同型相界(MPB)多晶型相界(PPB)附近优异的压电性能受到极为深入和广泛的研究.结合近几年相关文献报道,分析和评价了三大体系无铅压电陶瓷的组分设计和相界构建与性能调控的最新研究进展,讨论了离子或化合物掺杂改性、制备工艺以及压电性能与微观结构之间的关系等关键科学和技术问题.分析并展望了体系构建、新制备工艺以及相关理论在无铅压电陶瓷研究领域的研究前景.     

声表面波用压电晶体的新进展

报道了我们在Li2B4O7、Sr3Ga2Ge4O14、LiNbO3、LiTaO3等声表面波用压电晶体材料方面的最新研究进展.采用改进型坩埚下降法成功生长了直径3～4英寸的Li2B4O7晶体,并实现了批量生产.作为硅酸镓镧系列新型压电晶体之一,Sr3Ga2Ge4O14晶体具有最大的压电系数.报道了直径2英寸Sr3Ga2Ge4O14晶体的生长结果,测试了该晶体的压电性能.在CO2(90;)、H2(10;)混合气氛中,分别在700℃和450℃下对LN和LT晶片进行化学还原处理,成功制备了3英寸LN和LT低静电黑片,不仅减少了器件制作工序,而且使成品率提高了5～8百分点.此外,在密封坩埚中生长了低静电LiNbO3晶体,观察到一些新的现象.     

Elastic,Piezoelectric and Dielectric Constants of Pentaerythritol

The elastic, piezoelectric and dielectric constants of pentaerythritol, C(CH₂OH)₄, have been computed employing the method of long waves and the unscreened rigid ion potential model developed by RAMAMOORTHY and KRISHNAMURTHY. Piezoelectric contribution is taken into account in the computation of elastic constants. This is the first report on the piezoelectric and dielectric constants of pentaerythritol. In the notations followed by LANDOLT-BORNSTEIN the computed piezoelectric constants are: _g14 = 4.82, _g15 = 4.37, _g31 = 16.21 and _g36 = 5.89 (in unit of 10⁻¹Vm/N) and the static dielectric constants are: K₁ = 2.38 and K₃ = 2.47. The hydrogen bonding in pentaerythritol has no effect on its dielectric behaviour. Calculation of acoustic velocities in piezoelectric crystals and as a special case to the crystals of class 4 is explained in detail. Sound velocities calculated from the elastic, piezoelectric and dielectric constants computed in the present investigation agree with the experimental values determined by the ultrasonic method.     

BNBT无铅压电陶瓷晶粒定向生长

采用固相合成法制备了0.94(Na1/2 Bi1/2)TiO3-0.06BaTiO3(BNBT)陶瓷粉体,用传统压电陶瓷工艺制备了无铅压电陶瓷,研究了烧结工艺对其径向收缩率和相对密度的影响.结果表明:随着保温时间的增加,径向收缩率和相对密度都出现了极大值.将陶瓷粉体与分散剂均匀混合制成高固相含量的浆料,以SrTiO3(100)单晶基片做模板,通过流延法制备了晶粒定向生长模型材料,初步探讨了热处理工艺对晶粒定向生长习性的影响.结果表明,随着保温时间的增加,晶体生长层厚度增加,生长层致密度增大.     

B位取代PZT体系的电子结构与压电特性研究

采用自洽场离散变分Xα计算方法,分别计算了Pb(Zr1/2Ti1/2)O3(简称PZT)、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3(简称PZN)、和Pb(Mn1/3Sb2/3)O3(简称PMS)体系的电子结构,研究了钙钛矿结构与烧绿石结构陶瓷的电子结构对压电性能的影响.结果表明,PZT铁电相较顺电相稳定,O的2p轨道与B位原子的最外层d轨道的杂化是铁电性的必要条件,杂化的强弱可表明铁电性的强弱;Mn1/3Sb2/3、Zn1/3Nb2/3取代(Zr, Ti)若生成四方钙态矿结构,体系总能量降低、轨道杂化增强,可以提高PZT体系的铁电性能,若生成立方烧绿石结构,由于B-O(//轴向)与B-O(⊥轴向)共价键强度差别太大,造成体系结构的不稳定,将导致铁电性的丧失.     

无铅压电薄膜的制备与研究进展

结合目前国内外对无铅压电薄膜的研究状况,重点综述了KNN基、BNT基及BZT-BCT系列无铅压电薄膜的研究进展,指出各个系列的无铅压电薄膜所取得的进步,也指出当前无铅压电薄膜所面临的挑战.     

21.4 MHz宽带分立式压电石英晶体滤波器研制

采用四节八晶体宽带型差接桥型电路,设计和研制出了一种用于通讯系统中进行较宽范围选频的中高频宽带型带通分立式压电石英晶体滤波器新产品.该产品在中心频率为21.4 MHz时达到160 kHz以上的通带宽度,相对带宽达到74‰.解决的关键技术问题是:滤波电路的设计、21.4 MHz中高频基频滤波晶体半成品的设计、160 kHz通带范围内波动调平的展宽线圈设计及滤波器的插损IL≤4.5 dB、6 dB带宽度Bw6dB≥168 kHz、通带波动≤1.5 dB、阻带衰减≥70 dB等技术指标的实现.