鈮鋅酸鉛-鈦酸鉛和鈮鎂銦酸鉛-鈦酸鉛單晶的物性研究.pdf

1、近十年來(lái)，弛豫鐵電-正常鐵電型固溶體單晶，如鈮鋅酸鉛-鈦酸鉛(PZN-PT)和鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT)，由于具有非常優(yōu)異的壓電與機(jī)電、光學(xué)、聲學(xué)和鐵電性能引起了人們的普遍關(guān)注，并已在新一代超聲波換能器和高性能微驅(qū)動(dòng)器中發(fā)揮了巨大作用。接近準(zhǔn)同型相界組分的PZN-0.07PT單晶具有單一相結(jié)構(gòu)、高度組分均勻性、高晶體質(zhì)量和高宏觀物理性能等特點(diǎn)，其壓電與機(jī)電方面的應(yīng)用現(xiàn)已進(jìn)入器件的研制開(kāi)發(fā)階段。另外，PZN-0.07PT單晶可以沿其

2、自發(fā)極化方向極化成非常好的單疇?wèi)B(tài)，在光學(xué)器件領(lǐng)域也具有非常誘人的應(yīng)用前景，但其很多光學(xué)性質(zhì)還未見(jiàn)報(bào)道，所以研究PZN-0.07PT單疇單晶的光學(xué)性能具有非常重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。而隨著晶體生長(zhǎng)技術(shù)的不斷成熟，在近期人們又生長(zhǎng)出大體積的鈮銦酸鉛-鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PIN-PMN-PT)單晶，它具有比PMN-PT單晶更高的矯頑場(chǎng)和相變溫度，更適合應(yīng)用于大驅(qū)動(dòng)電壓的機(jī)電器件，并擁有更寬的工作溫度范圍，因此對(duì)PIN-PMN-PT這種新型鐵電單晶的

3、基本機(jī)電性能的研究對(duì)此類(lèi)單晶材料的機(jī)電器件應(yīng)用十分重要。
　　本文首先將PZN-0.07PT單晶極化成單疇?wèi)B(tài)，然后使用布儒斯特角法測(cè)量了單晶的線性折射率，確定了單晶屬于正單軸晶體。使用改進(jìn)的馬赫-曾德?tīng)柛缮娣y(cè)量了晶體的線性電光系數(shù)，發(fā)現(xiàn)其有效電光系數(shù)比傳統(tǒng)的電光晶體鈮酸鋰高出兩倍。使用折射率橢球理論研究了鐵電晶體的逆壓電效應(yīng)對(duì)其電光相位和強(qiáng)度調(diào)制系統(tǒng)半波電壓的影響，發(fā)現(xiàn)鐵電單晶的逆壓電效應(yīng)在電光調(diào)制應(yīng)用時(shí)不可忽略，而橫向壓電應(yīng)變

4、可以大大降低電光調(diào)制的半波電壓值。通過(guò)紫外-可見(jiàn)-近紅外吸收光譜和偏振拉曼光譜相結(jié)合的方法，研究了PZN-0.07PT單疇單晶的光學(xué)吸收邊和帶隙寬度。對(duì)晶體內(nèi)部的直接躍遷和間接躍遷性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，確定了在光學(xué)間接躍遷過(guò)程中起主要貢獻(xiàn)的聲子對(duì)應(yīng)于Nb-O-Zn伸縮振動(dòng)模式。另外，PZN-0.07PT單疇單晶在可見(jiàn)光區(qū)具有高的光學(xué)透過(guò)率，可以達(dá)到制作光學(xué)器件的要求。
　　本論文還研究了PIN-PMN-PT鐵電單晶在不同極化狀態(tài)下

5、的介電、壓電、彈性和機(jī)電耦合性質(zhì)。測(cè)量得到若干組自洽的全矩陣宏觀機(jī)電參數(shù)。[011]c方向極化的PIN-PMN-PT單晶具有非?？捎^的橫向和剪切壓電性能。研究了PIN-PMN-PT單晶的介電常數(shù)的溫度和頻率依賴(lài)關(guān)系，其矯頑場(chǎng)和相變溫度比PMN-PT單晶都有明顯的提高。首次測(cè)得了一組無(wú)偏壓條件下PIN-PMN-PT單疇單晶的全矩陣宏觀機(jī)電參數(shù)，并利用坐標(biāo)變換方法研究了鐵電單晶宏觀機(jī)電性能的取向效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)鐵電疇的取向效應(yīng)在晶體的宏觀機(jī)電性能

6、中起主要作用。
　　利用超聲波譜的方法測(cè)量了25-100MHz超聲頻率范圍內(nèi)沿[001]c方向極化的PIN-0.45PMN-0.31PT工程疇單晶的高頻超聲色散和衰減特性，進(jìn)而得到其彈性常數(shù)的實(shí)部和虛部的高頻超聲色散關(guān)系，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的誤差分析，得到了準(zhǔn)確可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。使用克拉默斯-克勒尼希關(guān)系對(duì)測(cè)量得到的聲速和衰減的色散關(guān)系進(jìn)行了驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)測(cè)量的結(jié)果與克拉默斯-克勒尼希關(guān)系符合很好。另外，我們發(fā)現(xiàn)[001]c方向極化