论文部分内容阅读
弛豫铁电单晶的典型代表Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3（PMN-PT）具备优异的压电性能和机电耦合系数,被认为是最有发展前景的材料之一。布里奇曼法（Bridgman）是制备大尺寸PMN-PT单晶的重要方法,但是通过布里奇曼法获得的单晶总是存在成分偏析,造成电学性能的稳定性差,极大地限制了此类单晶的应用。为了探究晶体生长过程成分偏析的规律,本文以布里奇曼法生长出的PMN-PT单晶为对象,系统地研究了沿晶体生长的轴向和径向的成分分布及其对电学性能的影响规律,以及PMN-23PT单晶和PMN-24PT单晶的相变行为。采用布里奇曼法生长出名义组成为PMN-32PT的单晶,尺寸为Φ25 mm×40 mm;采用SEM观察了单晶的微观形貌,结果表明晶体为层状生长;利用XRD测试了单晶的相结构,结果表明晶体为纯的钙钛矿结构,并无焦绿石相或其他杂相生成;采用RO-XRD对切割好的样品进行了定向分析,得出垂直于单晶中心轴方向的晶面为（432）,沿单晶中心轴方向的试样面为{771}。采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）分析了单晶中Nb、Mg、Ti元素沿晶体生长的轴向和径向的分布规律,讨论了元素含量变化对电学性能的影响,揭示了成分、结构和性能的内在联系。结果表明,沿单晶的轴向从底部到顶端Nb和Mg元素的含量逐渐降低,而PT含量由21.49 mol%增加到29.16 mol%,居里温度、压电常数和剩余极化沿轴向随着PT含量的增加而升高。沿单晶的径向从外沿到中心轴PT含量基本保持不变,而Nb/Mg的摩尔比先减小后增大。Nb/Mg的波动是引起径向电学性能变化的主要原因。对PMN-23PT单晶和PMN-24PT单晶的介电、压电、铁电和电畴形态与温度的依赖关系进行了研究,分析了单晶的相变行为。极化后的PMN-23PT单晶的介电温谱在64.9℃和97℃附近出现介电峰。温度为64.9℃附近表现出三方相到四方相的转变,97℃附近对应铁电相到顺电相的相变。剩余极化和压电常数在60℃附近迅速减小,这与介电温谱反映的相变温度一致。极化后的PMN-24PT单晶的介电温谱在居里点（102℃）前的62.2℃、68.1℃和76.1℃出现了三个介电突变峰,表明三方相经过不同的路径转变为四方相。102℃发生铁电相到顺电相的转变。剩余极化和矫顽场在60℃-80℃的温度区间内发生突变,这与介电温谱反映的相变温度区间一致。