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。     

全光谱白光发光二极管用Eu3+掺杂Ca2KZn2(VO4)3黄色荧光粉的制备及光学性能

基于蓝光芯片激发黄色荧光粉或近紫外芯片激发三基色荧光粉构建的白光发光二极管(WLED)在青光区域呈现明显的凹口,导致白光的色彩性能不够理想。为了弥补这一缺陷,实现全光谱白光,我们设计了Eu³⁺掺杂Ca₂KZn₂(VO₄)₃黄色荧光粉,其发射波长范围为400~750 nm。在387 nm激发下,在所制荧光粉中可同时获得来自VO₄^3-基团和Eu³⁺的发射光。Eu³⁺在Ca₂KZn₂(VO₄)₃基质中的最佳掺杂浓度(物质的量分数)为0.05,且VO₄^3-基团向Eu³⁺的能量传递效率达到64.9%。基于变温的发射光谱,揭示了所制荧光粉的热稳定性并发现VO₄^3-基团和Eu³⁺的激活能分别为0.538和0.510 eV。此外,将所制黄色荧光粉与商用蓝色荧光粉和近紫外芯片进行封装整合,得到可发射暖白光的WLED器件,其色温和显色指数分别为3843 K和85.8。     

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)O3-0.336Pb TiO_3-0.04Pb ZrO_3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25 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 p C/N之间;其矫顽电场Ec为4~4.5 k V/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。     

0.7Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO3单晶/环氧树脂1-3型复合材料的压电性能研究

模拟了0.7Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.3PbTiO₃(PMN-0.3PT)单晶1-3型压电复合材料的性能与单晶体积分数的关系，得出性能最优时压电相的体积分数为64%, 在这一体积分数下，采用切割-填充法，并使用了不同类型的环氧树脂填充制备复合材料.系统地研究了聚合物相对复合材料性能的影响，研究表明，减小聚合物相的刚度系数c和密度ρ有利于提高复合材料的性能，且聚合物相与压电相的结合强度对性能的影响非常明显，制备的PMN-0.3 PT单晶1-3型复合材料的厚度伸缩机电耦合系数k_t高达90.1%，压电系数d₃₃大于1000pC/N，机械品质因数Q_m为10.39，声阻抗Z也大大降低，性能明显优于传统的Pb(Zr_xTi_1-x)O₃(PZT)陶瓷及其1-3复合材料，在压电换能器和传感器中显示出广阔的前景. 关键词： PMN-PT单晶 压电复合材料 压电相 聚合物相     

Bi_（0.5）Na_（0.5）TiO_3-BaTiO_3-KNbO_3陶瓷的介电特性及相变行为研究

采用固相反应法制备了（1-x）Bi0.47Na0.47Ba0.06TiO3-xKNbO3（BNBT-xKN,x=0～0.08）陶瓷,借助铁电分析仪、阻抗分析仪、扫描电镜（SEM）等仪器研究了KNbO3（KN）引入后,对陶瓷的微观结构、相变行为和介电性的影响.BNBT-xKN的扫描电镜（SEM）图显示：适量的KN对BNBT陶瓷具有细化晶粒、增大致密度作用.介电温谱（30~500℃）显示BNBT、BNBT-0.01KN、BNBT-0.02KN陶瓷有3个介电异常峰,而BNBT-0.04KN和BNBT-0.08KN陶瓷中有2个介电异常峰,并对陶瓷中出现的介电异常进行了讨论.通过介电温谱数据拟合,讨论了BNBT-xKN陶瓷的介电弛豫特性,并解释了BNBT-xKN陶瓷退极化的原因以及出现双电滞回线的机理.     

<001>-取向（1-x）PbMg1/3Nb2/3O3-xPbTiO3单晶电卡效应的组分依赖性

以<001>取向的PMN-0.14PT,PMN-0.17PT,PMN-0.28PT为代表,研究了PT含量对PMN-x PT单晶电卡效应的影响。通过测试单晶的变温电滞回线,计算了PMN-0.14PT,PMN-0.17PT,PMN-0.28PT的电卡效应。计算结果显示PMN-0.14PT,PMN-0.17PT,PMN-0.28PT单晶的电卡效应最大值随着PT含量的增加而增加,在较小的4 k V/mm电场情况下,分别达到1 K,1.17 K,1.96 K。此外,电卡效应峰发生在居里温度介电峰附近,随着PT含量的增加,电卡效应峰越来越尖锐并移向高温方向。     

0.7Pb(Mg1/3 Nb2/3)O3-0.3PbTiO3单晶/环氧树脂1-3型复合材料的压电性能研究

模拟了0.7Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO3(PMN-0.3PT)单晶1-3型压电复合材料的性能与单品体积分数的关系,得出性能最优时压电相的体积分数为64%,在这一体积分数下,采用切割-填充法,并使用了不同类型的环氧树脂填充制备复合材料.系统地研究了聚合物相对复合材料性能的影响,研究表明,减小聚合物相的刚度系数c和密度ρ有利于提高复合材料的性能,且聚合物相与压电相的结合强度对性能的影响非常明显,制备的PMN-0.3 PT单晶1-3型复合材料的厚度伸缩机电耦合系数k1高达90.1%,压电系数d33大于1000 pC/N,机械品质因数Qm为10.39,声阻抗Z也大大降低,性能明显优于传统的Pb(Zrx,Ti1-x)O3(PZT)陶瓷及其1-3复合材料,在压电换能器和传感器中显示出广阔的前景.     

PIMNT单晶生长用多晶料的固相合成

以In2O3、Nb2O5、4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O、TiO2、PbO为初始试剂,先合成出前体化合物MgNb2O6和InNbO4;按照0.25Pb( In1/2 Nb1/2) O3-0.44Pb( Mg1/2 Nbv3)O3-0.31PbTiO3的组分比例,添加1.5 mol％过量PbO,通过高温固相反应合成出PIMNT多晶料.X射线粉末衍射、差热/热重分析表明,PIMNT多晶系钙钛矿结构的固溶体化合物.采用本实验合成PIMNT多晶料锭,通过坩埚下降法成功生长出25mm直径的PIMNT单晶,证实采用预先合成多晶料有助于钙钛矿相PIMNT单晶的稳定生长.     

CuO掺杂对0.99Bi0.47Na0.47Ba0.06TiO3-0.01KNbO3( BNBT-1％KN)压电陶瓷电学性能的影响

采用固相反应法制备了0.99Bi0.47Na0.47Ba0.06TiO3-0.01KNbO3+x mol％ CuO(x =0,0.25,0.5,1,2)(BNBT-1％ KN +x mol％CuO)无铅压电陶瓷.使用XRD、Agilent4294A精密阻抗分析仪等对该体系的结构、电学性能进行表征.结果显示所制备的压电陶瓷具有纯的钙钛矿结构;CuO掺杂能够对材料的电学性能有很大影响,少量掺杂能使铁电材料“硬化”.在x=0.5时,陶瓷样品的电性能达到:d33=170 pC/N,kp=24％,Qm=157,tanδ=2.1％,ε33=874;此外还发现少量的CuO还能提高BNBT-1％ KN的退极化温度,在x=0.5时陶瓷具有最高的温度稳定性,退极化温度Td达到99℃.