论文部分内容阅读
铅基弛豫铁电晶体（Relaxor-PT）表现出优异的介电性能（εr>6000）和压电性能（d33>2000pC/N和k33>90％），而备受关注。此类晶体的宏观电学性能与其组分和结构密切相关，比如：工程化电畴模型成功解释了Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3（PZN-PT）晶体优异的场致应变特性。在无铅压电晶体方面，畴工程亦被认为是提高其压电性能的有效途径。为了揭示铁电晶体电畴结构对宏观电学性能的影响，本文研究了不同物相结构的Relaxor-PT和(KxNa1-x)NbO3（KNN）晶体的电学性能、压电性能热稳定性、电畴形貌、电畴尺寸以及电畴结构稳定性等。本文的主要研究工作及结论列于以下： 1、首先使用坩埚下降法生长了Relaxor-PT晶体，测试了[001]晶向的Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.30PbTiO3（PMN-0.30PT）和Pb(In1/2Nb1/2)O3- Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3（PIN-PMN-PT）晶体的压电性能以及压电热稳定性，结果表明PIN-PMN-PT晶体具有更高的使用温度。其次，分别使用助熔剂法和坩埚下降法生长了(KxNa1-x)NbO3（KNN）晶体。测试了不同组分[001]晶向KNN晶体和MnO2掺杂KNN晶体的压电性能及压电热稳定性，对于(K0.5Na0.5)NbO3（50/50KNN）晶体，其压电常数d33为160pC/N，MnO2掺杂后，其压电常数d33高达280pC/N，正交相-四方相相变温度只降低10℃。 2、使用偏光显微镜直观表征了Relaxor-PT和KNN晶体电畴结构。给出了三方相、准同型相界和四方相Relaxor-PT晶体电畴形貌和尺寸，给出了三方相、正交相和四方相50/50KNN晶体电畴形貌和尺寸，并分析了电场极化对电畴结构的影响。 3、研究了温场/电场对Relaxor-PT晶体和KNN晶体电畴结构的影响。首先研究了温场/电场共同作用对 PMN-0.30PT晶体电畴结构的影响。其次研究了电场对PIN-PMN-PT晶体电畴结构的影响。最后表征了温场对极化前后KNN晶体电畴结构的影响，并分析了(K0.17Na0.83)NbO3晶体电畴结构在温场下变化同相图之间的关系。 4、直观表征了PIN-PMN-PT晶体畴壁运动，研究了畴壁运动对其介电性能的影响，发现90°和180°畴壁运动导致了介电异常。同时，直观表征了KNN晶体畴壁运动，研究了畴壁运动对其压电性能的影响。在特定极化的KNN晶体中，随温度升高，畴壁密度增加，压电常数升高；相变点附近的畴壁运动使压电常数剧烈减小。 5、使用场冷极化法成功控制了Relaxor-PT晶体电畴尺寸。平行于自发极化(Ps)方向极化晶体样品，获得大尺寸电畴（Wd>100μm）；与自发极化方向成一定角度极化晶体样品，获得小尺寸电畴（100μm>Wd>0.4μm）。 6、使用场冷极化法，将[111]晶向四方相的PIN-PMN-PT柱状晶体样品的电畴尺寸减小到微米以下（Wd=0.4μm），显著提高了其压电效应（d33=1630pC/N）；使用此方法实现[001]晶向四方相PMN-PT柱状晶体样品单畴化，发现其机械品质因数高达2250；将[001]晶向的三方相和准同型相界的薄片状PMN-PT晶体样品的电畴尺寸减小到5μm以下，使其恢复了块状样品中才具有的压电常数。结果表明：减小电畴尺寸，晶体压电常数提高；增大电畴尺寸，机械品质因数提高。最后，使用拟合方法，得出了电畴宽度与压电性能关系函数。