晶体表面结构和负离子配位多面体生长基元

本文讨论了晶体表面结构和负离子配位多面体结晶方位的关系.指出了晶体表面结构,显示了负离子配位多面体在晶体生长过程中的结晶轨迹.因此,运用负离子配位多面体生长基元理论模型,晶体的生长机制可以通过对晶体表面结构的分析得以解释.     

负离子配位多面体生长基元和晶体形貌

本文运用负离子配位多面体生长基元理论模型讨论了负离子配位多面体在异质同构和同质异构晶体中的结晶方位和其形态之间的关系,发现晶体的生长习性与负离子配位多面体在不同面族上相互联结的稳定性密切相关.负离子配位多面体以顶角相联最稳定,以边相连次之,以面相连最不稳定.同时,本文用负离子配位多面体生长基元理论模型对极性晶体ZnO和ZnS的生长习性也做了一定的解释.     

晶体中正负离子半径比(R+/R-)与晶胞和结晶形态

本文研究了AB型晶体中正负离子半径比(R+/R-)与晶胞和单形的显露以及硅酸盐系列晶体中的络阴离子结晶方位和对称分布与晶体的形貌的密切相关性,从中找出与结晶形态的相关性.提出晶胞界线是以负离子配位多面体的面、棱和角为界面而划分的;晶体中负离子配位多面体的对称性与晶体形态的对称性是对应一致的.由此进一步阐明了组成晶体结晶形态的结构基元是负离子配位多面体.     

负离子配位多面体生长基元与晶体表面结构(Ⅱ)异质同构晶体表面结构：金刚石(C)与闪锌矿(ZnS)；刚玉(Al2O3)与赤铁矿(Fe2O3)；碘化镉(CdI2)与氯化镉(CdCl2)

本文研究了几种异质同构晶体的表面结构与晶体中负离子配位多面体结晶方位之间的关系,提出了晶体中各族晶面上结构花纹与负离子配位多面体在各族晶面上的显露是互相对应的关系,异质同构晶体中的负离子配位多面体的结构形式、联结方式和结晶方位是完全相同的。故晶体的表面结构花纹亦完全一致,而且晶体的结晶形貌也是十分相似的。     

负离子配位多面体生长基元与晶体表面结构（Ⅱ）异质同构晶体表现结构：金刚石（C）与闪锌矿（ZnS）；刚玉（Al2O3）与赤铁矿（Fe2O3）；碘化镉（CdI2）与氯化镉（CdCl2）

本文研究了几种异质同构晶体的表面结构与晶体中负离子配位多面体结晶方位之间的关系,提出了晶体中各族晶面上结构花与负离子配位多面体在各族晶面上的露是互相对应的关系,异质同构晶体中的负离子配位多面体的结构形式,联结方式和结晶方位是完全相同的,故晶体的表面结构花纹亦完全一致,而且晶体的结晶形貌也是十分相似的。     

弛豫铁电单晶(PMNT)中负离子配位多面体结晶方位与工程化畴

本文从晶体中负离子配位多面体结构基元结晶方位及其形变的论点讨论了PMNT晶体工程化畴的形成机理,认为晶体工程化畴的形成是在电场作用下,当A位离子沿着晶体a、b、c轴孔道发生位移导致B八面体中的B离子位移和B八面体形变,两者相互制约所致,三方和四方晶系的晶体中畴的形成都是沿着B八面体的对角线方向分布.     

负离子配位多面体生长基元与枝蔓晶的形成

本文运用负离子配位多面体生长基元理论模型讨论了KNbO3,β-SiO2和雪花枝蔓晶的形成机理,提出了枝蔓晶的结晶形态和对称性与晶体中的负离子配位多面体相互联结时的稳定方面密切相关.枝蔓晶是在远离晶体生长平衡态的条件下,以负离子配位多面体为生长基元,相互按照最稳定的联结方位延伸的.     

负离子配位多面体生长基元与晶体表面结构(Ⅲ)

本文用负离子配位多面体生长基元理论模型讨论了多型性晶体表面螺旋结构的形成,提出在多型性晶体中配位多面体呈层状分布,配位多面体的面为层的边界,上、下层负离子配位多面体不是呈镜象对称的,在三方晶系和六方晶系的晶体中是沿晶轴a、b错开,上、下两层负离子配位多面体体呈交叉对应,从而达到稳定平衡.晶轴c与负离子配位多面体高次对称轴平行,配位多面体往界面叠合是绕着c轴转动的,其叠合轨迹为螺旋或同心环结构.从多型性晶体螺旋结构的规律性可以看出,晶体生长基元为负离子配位多面体,由于负离子配位多面体的面与呈现螺旋结构的晶面平行,所以生长速率慢,是一个显露面积大的稳态面.螺旋结构只是在该面族上显露.     

负离子配位多面体生长基元与晶体表面结构（Ⅲ）：多型性晶体表面螺旋结构的形成：碳化硅（SiC） 、石墨（C）、云母[KMg3（A1Si3O10）]（OH,F）2,碘化镉（CdI2）、氯化镉（CdCl2）

本文用负离子配位多面体生长基元理论模型讨论了多型性晶体表面螺旋结构的形成,提出在多型性晶体中配位多面体呈层状分布,配位多面体的面为层的边界,上,下层负离子配位多面体不是镜象对称的,在三方晶系和六方晶系的晶体中是沿晶轴a,b错开,上,下两层负离子配位多面体体呈交叉对应,从而达到稳定平衡。晶轴c与负离子配位多面体高次对称轴平行,配位多面体往界面叠合是绕着c轴转动的,其叠加轨迹为螺旋或同心环结构。从多型性晶体螺旋结构的规律性可以看出,晶体生长基元为负离子配位多面体,由于负离子配位多面体的面与呈现螺旋结构的晶面平行,所以生长速度慢,是一个显露面积大的稳态面。螺旋结构只是在该面族上显露。     

晶体生长溶液、熔体结构与生长基元

根据喇曼光谱、红外光谱测试了晶体生长的水溶液、溶剂和熔体的结构,并且在水热条件下进行了外加直流电场的实验,证实了晶体生长基元为负离子配位多面体,在不同的温度和溶液浓度条件下,负离子配位多面体相互联结成不同结构形式和不同维度的生长基元(聚集体),不同维度的生长基元往晶体各个面族上的叠合速率是各不相同的,表现在同一种晶体在不同的生长条件下,其结晶形态可以各不相同,由此进一步阐述了负离子配位多面体生长基元理论模型的合理性.     

溶液、熔体中负离子配位多面体生长基元的分布与缔合

根据对晶体生长溶液、熔体拉曼光谱的测试结果,剖析了溶液和熔体中负离子配位多面体的分布及其缔合过程,总结出了不同过饱和溶液和不同过冷度熔体中负离子配位多面体生长基元的缔合形式和维度的规律.在靠近晶体的边界层处已出现与晶体结构相同或相似的大维度生长基元.实验表明,生长基元的分布和缔合与溶液过饱和度和熔体过冷度密切相关,从而提出用拉曼光谱进行实时监控,寻找最佳生长物化条件,优化晶体生长边界层的厚度和大维度生长基元的数量,为选择最佳工艺条件提出理论依据.     

弛豫铁电单晶的生长及性能优化研究进展

钙钛矿型(ABO₃)弛豫铁电单晶具有优异的机电耦合性能,被认为是研制下一代医疗超声换能器、高精度压电驱动器、水声换能器等机电耦合器件的核心关键材料。针对弛豫铁电单晶材料制备与物理性能方面尚存在的基础科学与工艺问题,本文综述了近些年弛豫铁电单晶生长与性能优化方面的研究进展,包括若干新的单晶生长方法用以改善弛豫铁电单晶的成分和性能均匀性,提升弛豫铁电单晶压电性能的系列新方法,通过铁电畴结构调控以获得高透光率的弛豫铁电单晶,以及高性能弛豫铁电单晶在电光技术领域的应用等。     

Recent Developments on High Curie Temperature PIN-PMN-PT Ferroelectric Crystals

Pb(In(0.5)Nb(0.5))O(3)-Pb(Mg(1/3)Nb(2/3))O(3)-PbTiO(3) (PIN-PMN-PT) ferroelectric crystals attracted extensive attentions in last couple years, due to their higher usage temperatures range (> 30°C) and coercive fields (~5kV/cm), meanwhile maintaining similar electromechanical couplings (k(33)> 90%) and piezoelectric coefficients (d(33)~1500pC/N), when compared to their binary counterpart Pb(Mg(1/3)Nb(2/3))O(3)-PbTiO(3). In this article, we reviewed recent developments on the PIN-PMN-PT single crystals, including the Bridgman crystal growth, dielectric, electromechanical, piezoelectric and ferroelectric behaviors as function of temperature and dc bias. Mechanical quality factor Q was studied as function of orientation and phase. Of particular interest is the dynamic strain, which related to the Q and d(33), was found to be improved when compared to binary system, exhibiting the potential usage of PIN-PMN-PT in high power application. Furthermore, PIN-PMN-PT crystals exhibit improved thickness dependent properties, due to their small domain size, being on the order of 1μm. Finally, the manganese acceptor dopant in the ternary crystals was investigated and discussed briefly in this paper.     

(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。     

Epitaxial growth of ferroelectric oxide films

This review paper begins with a brief overview of the most common ferroelectric materials, the perovskites and the Aurivillius families. The epitaxial growth of ferroelectric epitaxial films can be a viable approach to improve the ferroelectric properties, in particular for the layered perovskites. Defects related to a polycrystalline structure, which lead to a degradation of ferroelectric properties like remanent polarisation, piezoelectric coefficient, charge retention, and may cause time-dependent fatigue problems, can be prevented. However, it is also to be considered that effects connected with thin films like substrate clamping, strain or finite thickness may limit the film properties. Substitution of elements allows the adjustment of the film characteristics to the device function. Additionally, the orientation of the films can be controlled by the appropriate choice of the substrate, which is important due to the anisotropy of the ferroelectrics.The deposition methods commonly used for ferroelectric oxide layers are reviewed, particularly with regard to epitaxial growth. The conditions under which stoichiometric, crystalline growth can be obtained are described. The paper primarily focuses on the MO-CVD technique.Furthermore whether epitaxial growth of ferroelectric films occurs or not depends on several conditions like lattice mismatch between film and substrate, surface orientation and crystal symmetry of the substrate, thermal expansion of film and substrate. The influence of these parameters on epitaxial growth is discussed. Local epitaxial growth of ferroelectric layers on metallic electrodes is also mentioned due to its importance in device fabrication. The site-engineering concept is shortly reviewed as the substitution of elements constitutes a simple way to modify film properties in thin film technology.     

弛豫铁电单晶的多功能特性及其器件应用

以Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃(PMN-PT或PMNT)为代表的弛豫铁电单晶具有远高于常用锆钛酸铅Pb(Zr_xTi_1-x)O₃(PZT)陶瓷的压电性能,引起了基于新一代压电单晶的功能器件研究热潮。本研究团队在国际上率先利用Bridgman方法生长出了大尺寸、高质量PMN-PT等弛豫铁电单晶(d₃₃～2 000 pC/N,k₃₃～92%),并对PMN-PT等弛豫铁电单晶的生长、多层次微观结构和性能调控进行了多方面的研究,发现弛豫铁电单晶不仅具有超高压电性能,还具有突出的热释电性能、电光性能以及与磁致伸缩材料复合形成磁电复合材料的超高磁电耦合性能。本研究团队多年来一直在努力推动弛豫铁电单晶在医用超声换能器、热释电红外探测器、电光器件、磁电型弱磁传感器等各种器件的应用研究。本文主要总结了弛豫铁电单晶的多功能特性,并介绍了本研究团队在弛豫铁电单晶器件应用上的研究结果。     

纳米晶粒取向连生与枝蔓晶的形成

本文研究了在水热条件下ZnO、BaTiO3、La2/3TiO3和Fe2O3纳米晶粒的取向连生和枝蔓晶的形成.用负离子配位多面体生长基元理论模型讨论了纳米晶粒的取向连生和晶粒相连的枝蔓晶,其枝蔓晶的形成与通常枝蔓晶的形成机理是一致的,都是沿着晶体中负离子配位多面体相互联结的稳定方向,为晶体生长速率最快方向,其分布的对称性与晶体结构的对称性是对应一致的.     

高居里温度铁电单晶PIN-PT的机电性能

弛豫铁电单晶Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-PbTiO₃(PIN-PT)相较于常用的Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃(PMN-PT)具有更高的居里温度,在高稳定性、高性能的传感器、换能器方面具有应用前景。本工作采用谐振法研究了[001]方向极化的0.66PIN-0.34PT铁电单晶的全矩阵机电性能参数。0.66PIN-0.34PT 单晶的三方-四方相变温度(T_RT)约为160 ℃,居里温度(T_C)约为260 ℃,室温压电系数d₃₃、d₃₁、d₁₅分别为1 340 pC/N、-780 pC/N、321 pC/N,介电常数ε^T₃₃、ε^S₃₃、ε^T₁₁、ε^S₁₁分别为2 700、905、2 210、1 927,机电耦合系数 k₃₃、k₃₁、k₁₅、k_t分别为 87%、58%、38%、61%。其纵向压电常数(d₃₃)和纵向机电耦合系数(k₃₃)小于 PMN-PT 单晶,但是横向压电性能(d₃₁)和剪切压电性能(d₁₅)都略高于PMN-PT单晶。另外,研究了机电耦合性能随温度的变化趋势,发现0.66PIN-0.34PT单晶在150 ℃以下有较好的温度稳定性。