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铌钪酸铅是一种典型的Pb(B1/2B"1/2)O3化合物,其B位离子的电价和半径间的化学差异刚好处于有序和无序的临界状态,使得Pb(Sc1/2Nb1/2)O3晶体成为一种B位有序度可调节的铁电材料。可以通过热处理或改变生长条件等手段,调节Pb(Sc1/2Nb1/2)O3晶体的B位离子排布,从而研究有序/无序结构对弛豫行为的影响和弛豫的物理机制。因此,Pb(Sc1/2Nb1/2)O3晶体的研究为弛豫响应的机理研究提供了重要的材料基础。同时,Pb(Sc1/2Nb1/2)O3的居里温度约90℃,高于Pb(Mg1/3Nb2/3)O3,对探索高居里温度的铁电材料具有重要意义。基于以上背景,我们制备了Pb(Sc1/2Nb1/2)O3晶体及其二元和三元铁电固溶体晶体,并研究了晶体的相结构、畴结构、介电、铁电和压电等电学性能。 本研究主要内容包括:⑴采用顶部籽晶法成功生长了Pb(Sc1/2Nb1/2)O3铁电晶体,并用X-射线粉末衍射确定了其纯的三方钙钛矿结构。X-射线衍射结果除钙钛矿的基本衍射峰外,还发现了(1/21/21/2)和(3/21/21/2)超晶格衍射峰,且(1/21/21/2)被场发射透射电镜分析证实,这是由于B位离子有序排布引起的。Pb(Sc1/2Nb1/2)O3铁电晶体表现为非弛豫的介电响应,不同于前人的报道,介电温谱表现为尖锐的相变峰,不存在弥散现象。变温畴结构的消光特点及矫顽场和剩余极化强度随温度的变化情况,同样符合非弛豫铁电体的行为特征。⑵基于新型高居里点、高性能压电铁电材料的发展要求,结合前期Pb(Sc1/2Nb1/2)O3晶体的研究工作,研究了Pb(Sc1/2Nb1/2)O3-PbTiO3二元固溶体晶体。采用顶部籽晶法生长得到了不同组成的Pb(Sc1/2Nb1/2)O3-PbTiO3铁电晶体,并用X-射线粉末衍射确定了其钙钛矿结构及由三方到准同型相界再到四方的相变规律,确定了生长具有准同型相界组成的Pb(Sc1/2Nb1/2)O3-PbTiO3晶体的配料组成为0.50-0.55(PbTiO3 mol%)。Pb(Sc1/2Nb1/2)O3-PbTiO3晶体表现为非弛豫的介电响应,居里温度>200℃,相变温度>150℃,高于Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3晶体,能够满足对温度要求较高的应用需求。同时,其矫顽场约5 kV/cm,高于Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3晶体,适合应用于火功率的器件。然而,Pb(Sc1/2Nb1/2)O3-PbTiO3晶体的压电常数最大约1420 pC/N,低于 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3晶体。⑶从Pb(Sc1/2Nb1/2)O3-PbTiO3晶体的研究中发现该晶体熔点高、结晶习性差,难以生长。其居里温度和矫顽场较高,但其压电性能不高。因此,我们考虑用Pb(Mg1/3Nb2/3)O3掺杂改性Pb(Sc1/2Nb1/2)O3-PbTiO3体系,研究三元铁电固溶体体系,以期改善Pb(Sc1/2Nb1/2)O3-PbTiO3晶体的结晶习性和压电性能。采用顶部籽晶法生长了Pb(Sc1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3三元铁电固溶体晶体。通过X射线粉末衍射确定了其钙钛矿结构,及随组成的改变其钙钛矿结构对称性的变化规律。归纳了Pb(Sc1/2Nb1/2)O3和Pb(Mg1/3Nb2/3)O3摩尔比分别为1∶3,1∶1和3∶1时,生长具有准同型相界组成晶体的配料组成。Pb(Sc1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3晶体具有高的居里温度(>200℃)和相变温度(>120℃),高于Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3晶体,表现出高的温度稳定性。矫顽场较大(>4 kV/cm),能够满足大功率器件的应用需求。其峰对峰的最大应变约0.59%,高于 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.30PbTiO3晶体。Pb(Sc1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3晶体的压电常数不高,最大为1650pC/N,仅稍大于Pb(Sc1/2Nb1/2)O3-PbTiO3晶体,考虑由严重的离子分凝所致。