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铌铟镁酸铅-钛酸铅(PIN-PMN-PT)单晶以其优异的压电和机电耦合性能,备受科研领域和工业领域的青睐,基于该类单晶研制而成的传感器、换能器等压电器件频频被报道。为了进一步拓展该类晶体的应用范围,在具有优异温度和电场稳定性的三元系PIN-PMN-PT单晶基础上,适用于大功率器件的新一代锰(Mn)掺杂铌铟镁酸铅-钛酸铅(PIN-PMN-PT:Mn)单晶被成功研发。PIN-PMN-PT单晶的成功经验,刺激和带动着新型铁电单晶的开发。近几年,随着环境保护意识的觉醒,人们对环境友好型材料的需求越来越强烈,(K,Na)Nb O3(铌酸钾钠,简称为KNN)基材料被认为是最有可能替代弛豫型钛酸铅(relaxor-Pb Ti O3)铁电材料之一,KNN基单晶也逐渐进入研究人员的视野,但是该单晶的生长技术和性能研究结果却并不理想。本论文采用顶端籽晶提拉法成功生长多种组分、大尺寸的KNN基单晶。以PIN-PMN-PT:Mn、铌酸钾钠钽锂(KNNTL)和Mn掺杂铌酸钾钠钽锂(KNNTL:Mn)铁电单晶为研究对象,对其压电、铁电、介电等性能进行系统研究,全面分析Mn对这两种体系的改性作用,并通过分析其本征和非本征贡献探索高压电响应的来源。采用顶端籽晶法生长多组分KNNTL单晶和KNNTL:Mn单晶。生长出的单晶尺寸大,满足对其性能进行全面测试的需求。采用元素能谱分析测试生长单晶的组分,并对单晶组分均匀性进行分析。通过对单晶介电常数随温度变化特性和X射线衍射图谱的分析,研究KNNTL单晶的相结构和弛豫性,分析单晶中钽(Ta)元素含量对其相结构和弛豫性的影响。精确测定KNNTL、KNNTL:Mn和三种组分PIN-PMN-PT:Mn单晶弹性、介电和压电全矩阵参数,研究了Mn元素在该系列铁电单晶中的改性作用。Mn元素的引入,使KNNTL和PIN-PMN-PT单晶“硬”化,介电性能降低。PIN-PMN-PT:Mn单晶压电性能略微降低,而KNNTL:Mn单晶的性能,除了受到Mn掺杂的作用,受正交-四方多型相变(polymorphic phase transition,简称为PPT)温度的影响也很大,KNNTL:Mn单晶的PPT温度更加接近室温,所以压电性能提高。KNNTL:Mn单晶的纵向机电耦合系数可以达到95%,为铁电单晶中的最高。通过组分优化,KNNTL:Mn单晶的压电常数d33提高为545p C/N,达到KNN基材料中的最佳压电性能。正交相PIN-PMN-PT:Mn单晶,具有优异的剪切性能,压电常数d15和d24分别可以达到3100p C/N和2400p C/N。三方相PIN-PMN-PT:Mn单晶同时具有优异的纵向和剪切性能,其压电常数d15和机电耦合系数k15分别达到2980p C/N和92%。对比两种体系铁电单晶Mn改性前后的性能得出,Mn元素对KNNTL和PIN-PMN-PT单晶的改性作用十分相似,也略有不同。研究了Mn元素引入后,KNNTL和PIN-PMN-PT单晶铁电性能、机械品质因数和非本征贡献的改变。在KNNTL:Mn单晶和PIN-PMN-PT:Mn单晶中均发现了内偏场现象。同时,由于Mn元素的掺杂作用,KNNTL和PIN-PMN-PT单晶的机械品质因数增高,非本征贡献降低。Mn离子引入后铁电单晶中会产生氧空位,这些氧空位在极化时沿着自发极化方向择优排列,从而导致内偏场的出现,对自发极化和畴壁产生夹持作用,使畴壁活性降低。值得指出的是,非本征贡献是KNN体系单晶和Pb Ti O3体系单晶压电响应中,不可忽视的一部分。在1k V/cm电场下,正交相PIN-PMN-PT:Mn和KNNTL:Mn单晶的非本征贡献比值达到10%以上,在KNNTL66/34单晶中非本征贡献比值更是高达22%。非本征贡献是铁电单晶高压电响应的重要来源,分析压电响应中的本征和非本征贡献,对提高铁电单晶的压电性能和探索高压电响应的起源,都有着十分重要的意义。