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.     

Pb(Sc1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3弛豫铁电晶体的生长及表征

采用高温溶液法生长了准同型相界(MPB)四元弛豫铁电单晶Pb(Sc1/2Nb1/2) O3-Pb(Mg1/3 Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3,得到较大尺寸且具有规则外形的立方单晶.研究结果表明所生长的晶体为钙钛矿结构,立方晶粒平整的暴露面均为(001)面;晶体以层状方式生长,生长机制为搭桥生长;所生长晶体的矫顽场Ec～3.52kV/cm,三方四方相变温度Tr-t～104℃,居里温度Tc～149.5℃,压电常数d33～1089 pC/N,剩余极化强度Pr～25.4 μC/cm2;随着频率增加,晶体的相变弥散度减小.     

三元铁电单晶Pb(Yb1/2Nb1/2)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3生长及性能表征

采用高温助熔剂法首次成功生长出了Pb(Yb1/2Nb1/2) O3-Pb(Zn1/3Nb2/3) O3-PbTiO3 (PYZNT)三元铁电单晶,并对晶体组分、介电、铁电和压电性能进行了研究.结果表明,晶体为纯三方钙钛矿相,实际组分为0.68PYN-0.22PZN-0.1PT.分别对晶体的介电,铁电和压电性能进行研究.介电常数ε'和介电损耗tanδ对温度和频率表现出典型的弛豫行为.晶体的居里温度TC为80℃.由于反铁电体PYN含量较高,晶体具有非常大的矫顽场,在100kV/cm的外电场条件下极化还不能反转,因而无法得到饱和的电滞回线.在未极化条件下,测得晶体的压电常数d33为78 pC/N.     

0．94Na1／2Bi1／2TiO3—0．06BaTiO3无铅压电单晶的生长及电学性能研究

采用坩埚下降法成功生长出尺寸达φ15 mm×50 mm的0.94Na1/2Bi1/2TiO3-0.06BaTiO3(NBBT94/6)无铅压电单晶.利用X射线荧光沿纵向对晶体棒成分分析表明:Na 、Bi3 、Ti4 离子的含量沿纵向波动较小,而Ba2 离子的含量却波动较大.XRD结构分析表明,晶体棒的中、下部分属于三方相钙钛矿结构,而上部转变为四方相钙钛矿结构.详细研究晶体棒中部0.952Na1/2Bi1/2TiO3-0.048BaTiO3(NBBT95.2/4.8)的介电及压电行为表明:非自发极化方向[001]、[110]样品的退极化温度Td分别为200℃和150℃,具有明显的结晶学方向依赖性,且在Td附近表现出典型的介电弛豫行为;在3～5 kV/mm电压极化下,[001]、[110]方向样品的最大压电系数d33分别为165 pC/N、110 pC/N,机电耦合系数kt分别为49.8%、45.0%.     

准同型相界组分PMNT弛豫铁电单晶的畴结构与极化特性

采用坩埚下降法生长了具有准同型相界(MPB)组分的65Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-35PbTiO3 (PMNT65/35)弛豫铁电单晶.用偏光显微镜研究了(001)、(110)和(111)三个结晶学取向的铁电畴结构,观察到明暗交替的变化.通过对极化前后电畴形状的比较,分析了极化前后铁电畴形态的变化原因.晶片极化条件为:600 V/mm 的电场并保持10～15 min.研究了极化介质不同对极化后晶片压电性能的影响.     

三坩埚提拉法生长铽镓石榴石单晶研究

采用三坩埚提拉法生长出高质量铽镓石榴石(Tb3Ga5O12,TGG)单晶,晶体尺寸为φ25 mm×40 mm.通过X射线衍射、双晶衍射分析讨论TGG单晶的晶体结构和单晶性,并采用He-Ne激光费尔德常数测试装置测定TGG单晶的费尔德常数.结果表明:采用三坩埚提拉法生长的TGG单晶具有＜111＞取向、强度高,双晶摇摆曲线半峰宽为17 s;晶体在632.8 nm处的费尔德常数为0.553 min/cm·Oe.     

(111)取向0.7PMN-0.3PT薄膜机电耦合性能

铁电薄膜由于其优异物理性能,而被广泛应用于微电子、光电子、微机电领域。在铁电薄膜理论研究方面,热力学理论可以有效地预测铁电薄膜的相结构、极化特性和机电性能等,且已在(001)取向铁电薄膜的研究中取得了较好的应用,而对于(111)取向铁电薄膜的研究报道非常少。因此,本文通过对序参量坐标转换的方法,构建了(111)取向薄膜的热力学势能函数及其机电性能计算方法。基于此,研究了(111)取向0.7PMN-0.3PT铁电薄膜的相结构及其机电性能。研究结果表明,(111)取向0.7PMN-0.3PT铁电薄膜的相结构主要存在沿晶轴方向三个极化可互换的对称相:顺电相PE、菱方相R和单斜相M_A(或M_B)。在应变和外电场的调控下,(111)取向0.7PMN-0.3PT薄膜展现出优良的机电性能,在R和M_A相变点处,介电常数ε11、ε22、ε33和面外压电系数d33取得了极大值。在外电场E₃分别为0、50 kV/cm、100 kV/cm和200 kV/cm时,面外介电常数ε33的峰值分别为4 382、2 646、2 102和1 600,面外压电系数d33的峰值分别为303.8 pm/V、241.9 pm/V、219.7 pm/V和195.1 pm/V。应变和外电场能够较好地调控薄膜的机电耦合性能,可为优异机电耦合性能的器件制备提供参考。     

非线性光学晶体K3B6O10Br的生长与光电性能研究

采用顶部籽晶溶液生长法成功生长出尺寸为42 mm×20 mm×18 mm的高光学质量的紫外非线性光学晶体K₃B₆O₁₀Br(KBB)。根据其结构对称性要求，将KBB晶体定向加工成不同的器件切型，系统表征其光电性能。对KBB晶体电弹常数进行了系统的表征，受微观结构影响，压电常数各向异性较大，最大的压电常数d₃₃=6.69 pC/N。KBB晶体具有良好的激光频率变换、电光及压电性能，在光电子领域显示出潜在的应用前景。     

提拉法制备铜单晶研究

采用提拉法生长出大尺寸(111)铜单晶,晶体尺寸为ф(12～19)mm×85 mm.通过XRD、金相显微分析讨论了铜单晶的晶体结构与生长缺陷,并采用双臂电桥测定(111)铜单晶的电阻率.结果表明:晶体具有(111)取向、强度高,表明晶体取向良好;蚀坑呈典型三角锥形,位错密度在105～106 cm-2之间;在室温下,(111)铜单晶电阻率为1.289×10-8Ω·m.     

坩埚下降法生长弛豫铁电晶体PIMNT的单晶性表征

采用固相合成法制备PIMNT多晶料,通过垂直坩埚下降法生长出大尺寸PIMNT晶体;从晶体原坯不同部位切取系列晶片,应用X射线衍射旋转定向测试法,获得这些晶片的常规扫描图和蝴蝶图,从而对PIMNT晶体的单晶性做出分析表征.X射线粉末衍射分析表明PIMNT晶体为钙钛矿结构,系列晶片的常规扫描图显示整个晶体轴向自下至上均呈[111]结晶学方向,其蝴蝶图所示晶体的取向分散度为1.2°～1.5°,这些结果证实了所生长PIMNT晶体的单晶性.     

铁电唯象理论在压电单晶工程化畴研究中的应用

本文运用朗道-德文希尔自由能函数计算了钙钛矿型固溶体压电单晶在自发极化方向的压电常数d33及工程化畴化方向的压电常数d′33.研究结果表明,工程化畴方向具有比自发极化方向更优越的压电性能,当晶体的成分越靠近准同型相界的时候其压电常数越大,准同型相界附近成分晶体的压电反常主要是由于垂直于自发极化方向的介电常数的非稳性引起的.     

SnO2掺杂对(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1-xSnx)O3无铅压电陶瓷介电弛豫与电性能的影响

采用固相烧结法制备了(Ba0.85Ca0.15)(Ti09Zr0.1-xSnx) O3(BCZTS)无铅压电陶瓷.研究了不同含量SnO2(x=0,0.02,0.04,0.06,0.08)对BCZT无铅压电陶瓷相结构、压电性能、介电性能和铁电性能的影响,并利用XRD、SEM、准静态d33测试仪等表征样品.结果表明,所有样品均为单一钙钛矿结构.当掺杂x=0.02时,(Ba0.ss Ca0.1s)(Ti0.9 Zr0.1-xSnx) O3无铅压电陶瓷材料的综合性能优异:d33 =553 pC/N,kp=49;,εr～ 7474(l kHz),tanδ～1.5; (lkHz),Pr=6.06 μC/cm2,Ec=2 kV/cm,利用Curie-Weiss定律对该实验结果进行拟合,发现x=0.02的样品的介电弛豫特征更为明显.     

温梯法Al2O3晶体位错形貌分析

用温度梯度法(Temperature Gradient Technique,简称温梯法或TGT法),定向籽晶[0001]方向,生长出φ110mm×80mm Al2O3单晶,晶体完整、透明.采用硼酸钠玻璃液作为Al2O3晶体的化学抛光和化学腐蚀剂,观察了晶体不同部位处(0001)、(112-0)晶片的化学腐蚀形貌相,(0001)切片的位错腐蚀坑呈三角形,位错密度为2×103～3×103/cm2;(112-0)切片位错腐蚀坑呈菱形,位错密度为7×103～8×103/cm2;而且等径生长部位的完整性比放肩处高.利用同步辐射X射线白光衍射实验分析了(0001)晶片的(2-021),(11-01)和(112-0)衍射面内的位错组态.确定了两组位错线的Burgers矢量,温梯法生长的Al2O3晶体中的位错主要是刃型位错.     

高温垂直Bridgman法生长Zn1-xMgxTe晶体

采用高温垂直Bridgman法,以ZnTe(5N)、Mg(5N)和Te(7N)为初始原料,在高温下成功生长出了尺寸为φ15mm×50 mm的Zn1-xMgxTe晶体.分别采用X射线衍射、紫外可见分光光度计和红外光谱仪研究了晶体的结构及光学性质,通过PL谱和化学腐蚀的方法分析了晶体的结晶质量.结果表明:所生长的晶体具有立方相结构,晶格常数为0.61585 nm,略大于ZnTe晶格常数,晶锭中质量最好部分的晶片红外和紫外透过率接近60;,室温下其禁带宽度约为2.37 eV.77 K温度下,PL谱中存在A和B两个主要的发光带,位错腐蚀坑密度在105 cm-2数量级.     

大尺寸弛豫铁电单晶PIMNT的坩埚下降法生长

PIMNT单晶是近年来最新发现的弛豫铁电晶体材料,该三元固溶体单晶具有比较理想的压电、铁电和介电性能,本文报道了大尺寸PIMNT单晶的熔体坩埚下降法生长的实验研究结果。采用固相合成钙钛矿相多晶料,采用垂直坩埚下降法成功生长出最大直径为3英寸的PIMNT单晶;从所生长单晶原胚的三方相区段切割加工出(001)取向晶片,就(001)晶片的介电、压电及铁电性能进行了测试表征,表明其材料性能能够满足相关超声换能器件制作的实用需求。本论文还着重讨论了PIMNT单晶生长所涉及的系列关键技术问题,如富铅熔体对铂金坩埚的侵蚀、晶体原胚的单晶性表征、晶体生长过程的组分偏析与单晶原胚的性能分布等。     

BaTiO3改性PZNT91/9晶体的生长工艺研究

采用底部冷却高温熔剂法(BCSG)成功地生长了BaTiO3改性PZNT91/9晶体,其中最大晶体(J3)尺寸达15 mm×13 mm,晶体呈浅黄色,箭头形.采用1～1.6 L/min的氧气流速能有效引发成核,而且通过康泰尓电阻丝实现点冷,可以有效控制成核数目.XRD分析表明:添加BaTiO3的晶体为纯钙钛矿相,晶体显露面为{001}面,说明添加BaTiO3能有效抑制焦绿石相,促进钙钛矿相的形成.     

BiMnO_3改性BNT-BKT压电陶瓷的研究

为了提高BNT基压电陶瓷的电性能,采用传统的陶瓷制备方法,制备了一种Bi基的钙钛矿型无铅压电陶瓷 (1-x)Bi_(0.5)(Na_(0.82)K_(0.18))_(0.5)TiO_3-xBiMnO_3 (简写为BNKT-BMx).研究了Bi基铁电体BiMnO_3对该体系陶瓷微观结构和压电介电性能的影响.结果表明:在所研究的组成范围内陶瓷材料均能够形成纯钙钛矿固溶体,微量BiMnO_3不改变该体系陶瓷的晶体结构,但促进晶粒生长.随着BiMnO_3含量增加,低温介电反常峰消失,高温介电峰出现频率分散性.随BiMnO_3含量增加,压电常数d_(33)和机电耦合系数k_p先增加后降低,在x=0.01时,k_p=0.333,x=0.015时,d_(33)=170 pC/N,为该体系陶瓷压电性能的最优值.     

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.     

GdCOB晶体的坩埚下降法生长

本文报道了非线性光学晶体Ca4GdO(BO3)3(GdCOB)的垂直Bridgman法生长.已获得直径25mm的高质量单晶.生长界面处的纵向温度梯度维持在30～40℃/cm,生长速度0.2～0.8mm/h.GdCOB晶体为二维成核的层状生长机制,易出现(111)及(20)解理面.讨论了影响生长的因素.保证原料配比准确和混料充分,减小温度波动和测温误差等是成功生长GdCOB晶体的重要因素.     

(Ba0.85Ca0.15)(Ti1-xZrx)O3无铅压电陶瓷的性能研究

采用固相法制备了(Ba0.85Ca0.15)(Ti1-xZrx)O3(BCTZ)无铅压电陶瓷,研究Zr含量(x=0～0.15)对BCTZ陶瓷微观结构和电性能的影响。结果表明:所有样品均具有纯的钙钛矿结构;随Zr含量的增加,室温下样品逐渐由四方相向三方相转变,在0.05相似文献