不同晶向PMn-32PT单晶铁电性能与蠕变行为研究

来源 :西安理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhoubin506
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本文研究了不同晶向的PMN-32PT单晶的铁电性能,结合电滞回线与电场-应变曲线分析了不同晶向PMN-32PT单晶电场作用下的相变过程。通过对极化前后与退火前后的电畴形貌分析,获得了不同晶向极化与退火前后电畴形貌分布特征。通过研究不同电场强度作用下电位移值随时间的变化,揭示了不同晶向PMN-32PT单晶恒定电场作用下的蠕变特性和蠕变机制。最后,通过动态观察PMN-32PT恒定电场作用下的电畴形貌变化,获得了恒定电场作用下电畴的生长尺寸随时间的变化关系,通过数据拟合手段得到了电畴尺寸随时间演变的幂函数曲线,实现了用微观电畴形貌变化对蠕变进行程度的表征。通过以上研究工作获得以下结论:  1.[001]、[110]和[111]晶向的PMN-32PT单晶的铁电性能有所差异,三个晶向对应的矫顽电场Ec大小分别为0.216MV/m、0.171MV/m和0.215MV/m。剩余极化强度Pr较为接近,分别为0.319C/m2、0.316C/m2和0.308C/m2,最大场致应变ε33分别为0.66%、1.84%和1.48%。  2.[001]晶向的PMN-32PT单晶极化过程的相变为三方相(R)→单斜相(MA)→四方相(T);[110]晶向的PMN-32PT单晶极化过程的相变为三方相(R)→单斜相(MB)→单斜相(MC)→正交相(O);而[111]晶向的PMN-32PT单晶极化过程的相变为四方相(T)→单斜相(MC)→正交相(O)。  3.PMN-32PT单晶不同晶向表面电畴形貌不同,[001]晶向的PMN-32PT单晶表面易出现平直的条带状宏畴,电畴与电畴之间主要形成90°夹角,[110]晶向的PMN-32PT单晶表面易出现波纹状不规则花样,[111]晶向的PMN-32PT单晶表面电畴与电畴之间主要形成60°夹角。高倍形貌表征发现,宏畴畴壁两侧存在尺寸约为2μm的过渡层,畴壁中心宽度约为3μm。畴壁的形成先于畴壁之间微畴的形成,畴壁之间的90°微畴是畴壁两侧微畴相向生长的结果。通过极化作用可以使电畴细化,电畴形貌较极化前规则。  4.对[001]、[110]和[111]晶向的PMN-32PT单晶电致蠕变行为的研究表明,在低于矫顽电场的电场强度作用下存在电位移蠕变。但不同电场强度下蠕变的机制不尽相同,小电场下蠕变的机制以离子位移和电子位移蠕变机制为主。随着电场强度增大蠕变机制向极化反转蠕变机制过渡。  5.不同电场强度作用下,电位移蠕变速率不同。电位移蠕变值随时间的变化与电畴尺寸随时间的变化存在对应关系。两者都近似是时间的幂函数,不同电场强度,对应幂函数系数不同。通过对恒定电场下电畴形貌变化的研究进一步揭示了电致蠕变的存在,实现了可用电畴形貌变化表征蠕变进行程度。
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