【摘 要】
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KNN基单晶由于不含铅,有优异的压电性能和高居里温度而有望代替PZT压电陶瓷和PMN-PT晶体应用于生活和生产中。KNN基晶体实际应用到压电器件中时,需要了解晶体的压电性能和特定的振动模式。本文对KNN基单晶进行了以下两项研究:一、采用坐标旋转法分析KNN基晶体压电模量和机电耦合系数在三维空间中的分布特性;二、通过求解坐标旋转下的Christoffel方程,计算声学波模式并确定单模切割方向。研究结
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KNN基单晶由于不含铅,有优异的压电性能和高居里温度而有望代替PZT压电陶瓷和PMN-PT晶体应用于生活和生产中。KNN基晶体实际应用到压电器件中时,需要了解晶体的压电性能和特定的振动模式。本文对KNN基单晶进行了以下两项研究:一、采用坐标旋转法分析KNN基晶体压电模量和机电耦合系数在三维空间中的分布特性;二、通过求解坐标旋转下的Christoffel方程,计算声学波模式并确定单模切割方向。研究结果如下:对于三方KNNT（3m）单晶而言,纵向压电性能d33和k33在φ为0°,θ为-51°时有最大值分别为70.8 pC/N和0.459。而d15和k15在（φ/0）为（-180°/-29°）和（0°/37.5°）时最大值分别为160.3 pC/N和0.625,是原值的1.15倍和1.1倍。四方KNNTL-Mn、KNN-TL和KNNT单晶的压电性能具有相似的规律,KNNTL-Mn单晶的d24和k24在旋转角（φ/θ）为（0°/53.8°）和（-135°/64.5°）时最大值为 607.4 pC/N 和 0.831,接近于PZT-5H压电陶瓷d24和k24的值。KNN-TL单晶d24和k24的最大值分别为370.9 pC/N和0.573,是原值的2.17和1.3倍。KNNT单晶d24和k24的最大值是176.1 pC/N和0.647,比原值扩大了 3.9和2.76倍。三者的剪切压电性能d24和k24十分优异。三方KNNT（3m）单晶的单模切型,Y-θ切（θ∈[147°,152°]）的准切变模k"z可达到0.574,准纵模的k值接近0,并且偏振方向在5°内,是可用的切向。Z切获得纯纵模,k"z为0.283,v为6774.4 m/s,也是可用切向。四方KNNTL-Mn、KNN-TL和KNNT单晶的单模切型只有X切、Y切和Z切是可用切向。每种晶体的X切和Y切获得纯切变模式,并且数值相等;Z切可得到纯纵模。X切和Y切时KNN-TL单晶的综合性能较好,k"z为0.441,波速为3906.8 m/s,误差3°内均是可用的;Z切时KNNT单晶的性能较好,k"z可以达到0.636,v为6742.3 m/s,在2°的误差范围内进行切割是可用的。本研究结果得到了三方KNNT（3m）和四方KNNTL-Mn、KNN-TL、KNNT单晶的压电性能的取向依赖性和可用切型。这将促进KNN基晶体在压电器件上的应用,对压电器件的材料选取具有重要的理论意义。
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