【摘 要】
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压电材料在当今社会里,不管是在国民经济还是国防科技等应用领域,都是一种不可或缺的功能材料。随着绿色与可持续发展理念的不断深入,含铅类材料对人类及环境的影响日益受到关注,开发环境友好型的无铅压电材料成为压电材料研究的重要目标。本文采用无籽晶固相生长技术制备了（1-x）(99.7K0.5Na0.5Nb O3-0.3Ba Bi O3)-xLi2CO3和（1-x）(99.4(99.7K0.5Na0.5Nb
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压电材料在当今社会里,不管是在国民经济还是国防科技等应用领域,都是一种不可或缺的功能材料。随着绿色与可持续发展理念的不断深入,含铅类材料对人类及环境的影响日益受到关注,开发环境友好型的无铅压电材料成为压电材料研究的重要目标。本文采用无籽晶固相生长技术制备了（1-x）(99.7K0.5Na0.5Nb O3-0.3Ba Bi O3)-xLi2CO3和（1-x）(99.4(99.7K0.5Na0.5Nb O3-0.3Ba Bi O3)-0.6Li2CO3)-x MnO2系列的压电单晶,并对其生长状态、工艺、结构和电性能变化规律进行了系统研究,以期在长出较大晶体的同时也可以提高晶体的各项电性能,如压电、介电和铁电性能等。主要研究结果和创新点如下:系统研究了（1-x）（KNN-BB）-xLi2CO3压电单晶的生长、结构和电性能的变化规律。结果表明:Li元素的掺杂使晶体的组成成分更加均匀,表面孔隙率有所降低,致密度变得更好;同时,掺杂Li能够促进正交相向四方相的转化,在掺杂含量为0.6at%-0.8at%时最明显,从而实现了两相共存的理想状态;以0.2at%的Li元素量掺入使得Nb O6八面体中晶格内部作用增加,畸变程度有一定地缓解。由于Li掺入量的提高,KNN基单晶的压电铁电性能先是升高,然后逐渐降低;而单晶在Li掺入量为0.4at%-0.6at%时,综合电性能最佳或更为优异,具体为:d33=252 p C/N,d33*=853 pm/V,kt=0.56,Qm=40.73,Pr=33.7μC/cm~2,TO-T=168 oC和TC=420 oC。系统研究了助溶剂MnO2对KNN-BB-Li压电单晶的生长、结构、压电及介电等性能的影响。研究结果显示:Mn的掺杂可以显著提高单晶的生长质量,使其表面更加平整。由于MnO2掺入量的增加,单晶体的压电特性也有显著的提高,最大值d33=305 p C/N。在相同的条件下,当Mn的含量为x=0.1%时,晶体具有最高的应变0.19%,同时晶体也获得最大的机电耦合系数kt和机械品质因数Qm,分别为kt=0.65、Qm=35.5;掺杂Mn元素能有效降低晶体中的漏电流密度和介电损耗,在x=0.3%时,晶体在室温下的介电损耗最低,为0.012,居里温度TC大概为418℃。系统研究了在单晶生长降温阶段中的冷却速率对（KNN-BB-Li）-0.2MnO2单晶的生长、结构和电性能的影响。研究结果显示,在所有降温速率下所获的单晶生长情况大体良好,形态无显著改变,但晶粒组织结构变得更加紧密;当降温速度较低时,晶体生长的过程中物质扩散得更充分,表面形貌也比较平整,但同时K元素的挥发现象更严重,O元素浓度也相应降低较多;当降温速度增加到2℃/min及以上时,单晶的晶体结构由单一的正交相态逐渐转化为正交相和四方相共存态,同时晶格畸变程度较高。当降温速度为2℃/min时,正压电系数d33值最大为362 p C/N;同时在4 oC/min时矫顽电场Er较低,且值为6.6 k V/cm。而晶体的介电损耗在降温速率为1℃/min时获得最小值tan=0.019。剩余极化强度Pr呈现一个逐渐下降的趋势,故最大值在0.5℃/min时取得,Pr=24μC/cm~2。降温速度的变化对晶体样品的两个相变点的影响并不明显,所有样品的TO-T均在160℃左右,居里温度（TC）在420℃左右。
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