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铁电单晶三维定向的X射线衍射方法

人工晶体学报 2023年第9期52卷 1576-1581页

作者：唐海跃张文杰杨晓明苏榕冰王祖建龙西法何超福州大学化学学院福州350108 中国科学院福建物质结构研究所福州350002 中国科学院大学福建学院福州350002

目前采用坩埚下降法生长的弛豫铁电单晶为圆柱状晶体,无自然结晶面,晶体在切割加工前必须进行三维定向。本文提出了一种利用粉末X射线衍射仪和X射线定向仪确定铁电单晶三维方向的简便方法。通过粉末X射线衍射仪确定任意切割晶面的最强... 详细信息

目前采用坩埚下降法生长的弛豫铁电单晶为圆柱状晶体,无自然结晶面,晶体在切割加工前必须进行三维定向。本文提出了一种利用粉末X射线衍射仪和X射线定向仪确定铁电单晶三维方向的简便方法。通过粉末X射线衍射仪确定任意切割晶面的最强衍射峰,然后利用X射线定向仪确定最强衍射峰准确的切割面,再通过X射线定向仪确定两个晶面的交线方向,从而获取晶体的三维方向,进而指导晶体切割加工。使用该方法对Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-PbTiO_(3)铁电单晶进行三维定向,结果证明该定向方法具有准确度高、效率高、操作方便、晶体损耗少的特点。该方法也适用于其他晶体材料的定向。

关键词：晶体定向 XRD 铁电单晶三维定向定向仪

铁电单晶Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3的高场致应变及其在层叠式驱动器中的应用

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物理学报 2004年第10期53卷 3609-3613页

作者：冯祖勇罗豪甦殷之文官春林凌宁中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室上海201800 中国科学院光电技术研究所成都610209

通过研究 (1_x)Pb(Mg1 3Nb2 3)O3_xPbTiO3(PMNT)单晶在不同方向、不同组分下高场致应变的特性 ,确定了〈0 0 1〉取向PMNT单晶 (2 9%≤x≤ 31% )为制作层叠式驱动器的最佳组分范围 ,这组分的单晶具有高场致应变、低滞后而且性能较稳定... 详细信息

通过研究 (1_x)Pb(Mg1 3Nb2 3)O3_xPbTiO3(PMNT)单晶在不同方向、不同组分下高场致应变的特性 ,确定了〈0 0 1〉取向PMNT单晶 (2 9%≤x≤ 31% )为制作层叠式驱动器的最佳组分范围 ,这组分的单晶具有高场致应变、低滞后而且性能较稳定的特点 .研究结果表明 ,在保证应变曲线的线性和低滞后的前提下 ,将近 - 2kV cm的负电场能够运用于〈0 0 1〉方向的PMNT晶体上 .4 0层 (每片晶片尺寸为 7mm× 7mm× 0 7mm)PMNT层叠式驱动器在电场 - 1 5—10kV cm的驱动下 ,可以获得 38 1μm的纵向位移 ,负载 4 0N的重量后 ,位移量减为

关键词： PbTiO3 高场铁电单晶电场能片晶纵向位移晶体层叠式 PMNT 晶片

钽铌酸钾基和铌镁酸铅-钛酸铅基铁电单晶的物性研究

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钽铌酸钾基和铌镁酸铅-钛酸铅基铁电单晶的物性研究

作者：刘凤颖山东大学

学位级别：硕士

铁电压电单晶材料通常不仅具有非常高的压电系数和机电耦合系数,同时还具有非常低的介电损耗和较高的机械品质因数,所以在医用超声成像仪、水声换能器以及压电驱动器等领域有着广泛的应用。本论文对钽铌酸钾(K(Ta,Nb)O3,KTN)基单晶和铌... 详细信息

铁电压电单晶材料通常不仅具有非常高的压电系数和机电耦合系数,同时还具有非常低的介电损耗和较高的机械品质因数,所以在医用超声成像仪、水声换能器以及压电驱动器等领域有着广泛的应用。本论文对钽铌酸钾(K(Ta,Nb)O3,KTN)基单晶和铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)系单晶的物理性质进行研究。系统研究了 KTN系单晶的结构特性、应变特性、介电性能和压电性能,研究了交流极化对不同取向、不同组分和Mn掺杂的PMN-PT系单晶性能的影响。一、本论文对大尺寸(25×25×37mm3)KTN单晶的结构、压电性质、介电性质、弹性性质和机电耦合性质进行全面的测试与分析。用超声和谐振相结合的方法测试KTN单晶的全矩阵参数,发现KTN单晶的d15高于其d33。随后通过坐标变换得到压电系数d33*、机电耦合系数k33*和弹性系数s33E*在三维空间和(100)C面内的分布情况,发现以上参数都沿[001]c方向取得最大值,说明四方相KTN单晶沿[001]C方向极化压电性能、机电耦合性能和弹性性能最优。通过电滞回线测试发现KTN单晶存在较大的内偏场(Ei),并分析其Ei主要来源于组分梯度。二、全面研究了大尺寸(25×25×18mm3)Sn:KTN单晶的组分均匀性、全矩阵参数和应变特性。通过电子探针(EPMA)测试、能量色散谱(EDS)测试和介电温谱测试验证了铌(Nb)元素在Sn:KTN单晶内分布均匀。测试了 Sn:KTN单晶的全矩阵参数,随后通过坐标变换得到ε33T*、d33*、k33*和s33E*在三维空间和(100)C面内的分布情况,发现以上所有参数的最大值均沿[001]C方向。通过Rayleigh分析发现Sn:KTN单晶的介电响应的本征贡献远高于非本征贡献。最后通过对比Sn:KTN、KNNLT和KTN单晶的d33*在(100)C面内的分布情况,发现室温靠近正交-四方相变温度(TO-T)的KNNLT单晶的d15比d33高,而靠近居里温度(TC)的Sn:KTN单晶d33比d15高。这是由于TO-T附近极化旋转路径自由能分布平坦化,极化旋转更容易,所以d15值较大。而TC附近的极化伸长/收缩路径自由能分布平坦化,有利于极化伸长/收缩,从而表现出较大的d33。同时本文还测试了 Sn:KTN单晶在大电场下的应变曲线,并对其电畴翻转情况进行了分析。三、探索了 PMN-PT系和Cu:KNNT无铅压电单晶的交流极化工艺,并通过Rayleigh分析和电畴观察研究交流极化对单晶性能的影响。本工作通过对比[001]C取向的PMN-26PT、PMN-32PT、Mn:PIN-PMN-PT、Cu:KNNT 和[011]C 取向的 PMN-26PT 单晶的交流极化效果,发现交流极化能显著提高[001]C取向的PMN-PT系单晶的压电系数和介电系数,但对[001]C取向的Cu:KNNT和[011]C取向的PMN-26PT单晶无效,说明交流极化有一定的适用范围。通过对比交流极化方法对不同PMN-PT系弛豫铁电单晶压电、介电性能影响的结果可知,交流极化方法提升压电、介电性能的关键因素为本征晶格畸变的贡献。瑞利分析结果和微观畴结构解析可知,交流极化方法通过使PMN-PT系基弛豫铁电单晶的畴壁能量降低、微观畴结构更加规则的方式,提升其畴壁运动贡献和本征晶格畸变贡献,从而使得压电、介电性能存在大幅度的提升

关键词：铁电单晶 KTN Sn:KTN 交流极化电畴结构畴壁运动

铁电单晶0.62Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-0.38PbTiO_3折射率的研究

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物理学报 2003年第9期52卷 2319-2323页

作者：万新明贺天厚林迪徐海清罗豪甦中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室上海201800

用最小偏向角法在 2 0℃下精确测量了 0 6 2Pb(Mg1 3Nb2 3)O3 0 38PbTiO3( 0 6 2PMN 0 38PT)单晶的折射率 ,给出了该温度下折射率色散的Sellmeier方程 .研究了能带结构与折射率的关系 ,计算了样品的Sellmeier光学系数 :对no,E0 =5... 详细信息

用最小偏向角法在 2 0℃下精确测量了 0 6 2Pb(Mg1 3Nb2 3)O3 0 38PbTiO3( 0 6 2PMN 0 38PT)单晶的折射率 ,给出了该温度下折射率色散的Sellmeier方程 .研究了能带结构与折射率的关系 ,计算了样品的Sellmeier光学系数 :对no,E0 =5 5 0eV ,λ0 =0 2 2 6 μm ,S0 =1 0 0 4× 10 1 4m- 2 ,Ed =2 8 10eV ;对ne,E0 =5 5 7eV ,λ0 =0 2 2 3μm ,S0 =1 0 17×10 1 4m- 2 ,Ed=2 8 10eV .ABO3型钙钛矿材料中 ,BO6 八面体基元决定了晶体的能带结构。

关键词：铁电单晶 0.62Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.38PbTiO3 折射率能带结构 Sellmeier光学系数色散方程

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铁电单晶断裂行为的实验研究进展

功能材料 2017年第9期48卷 9052-9062页

作者：李继军贾晓丹郎风超赵春旺燕兰邢永明杨连祥内蒙古工业大学理学院呼和浩特010051 上海海事大学文理学院上海201306 呼和浩特职业学院呼和浩特010058 美国奥克兰大学机械工程系罗切斯特48309

铁电单晶材料的断裂韧性很低,在力、电等载荷单独或协同作用下很容易萌生微裂纹,并使其扩展,从而导致铁电单晶的断裂。从力载荷、电场载荷、力电协同载荷以及环境断裂几个方面概述了近年来铁电单晶断裂行为的实验研究进展,并提出了一些... 详细信息

铁电单晶材料的断裂韧性很低,在力、电等载荷单独或协同作用下很容易萌生微裂纹,并使其扩展,从而导致铁电单晶的断裂。从力载荷、电场载荷、力电协同载荷以及环境断裂几个方面概述了近年来铁电单晶断裂行为的实验研究进展,并提出了一些当前铁电单晶断裂行为实验研究方面的建议。

关键词：铁电单晶断裂行为裂纹扩展畴变

锗酸铅(Pb_5Ge_3O_(11))铁电单晶的生长与缺陷研究

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人工晶体学报 2004年第3期33卷 350-353页

作者：吴宪君徐家跃金蔚青中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050

采用坩埚下降法成功生长了铁电锗酸铅 (Pb5Ge3 O11)单晶。所用Pt坩埚尺寸为2 5mm× 2 0 0mm和10mm×6 0mm ,炉温控制在高于熔点 5 0～ 80℃ ,固液界面温度梯度小于 2 5℃ /cm ,生长速率小于 0 .5mm/h。所得晶体呈浅棕色 ,最大尺寸达... 详细信息

采用坩埚下降法成功生长了铁电锗酸铅 (Pb5Ge3 O11)单晶。所用Pt坩埚尺寸为2 5mm× 2 0 0mm和10mm×6 0mm ,炉温控制在高于熔点 5 0～ 80℃ ,固液界面温度梯度小于 2 5℃ /cm ,生长速率小于 0 .5mm/h。所得晶体呈浅棕色 ,最大尺寸达2 5mm× 6 0mm。采用光学显微镜 (OM)及电子探针 (EPMA)研究了所得晶体的生长缺陷 (气泡、包裹体等 ) ,讨论了产生这些缺陷的原因 ,提出了控制及减少此类缺陷的方法。

关键词：锗酸铅铁电单晶坩埚下降法晶体生长介电常数热释电系数

钛酸铋钠-钛酸钡铁电单晶纵向压电效应取向性质研究

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山西大学学报(自然科学版) 2018年第1期41卷 148-152页

作者：张世鑫项阳华侨大学信息学院

基于无铅铁电单晶钛酸铋钠-钛酸钡(0.95(Na;Bi;)TiO;-0.05BaTiO;)的全矩阵系数,系统地研究了晶体纵向压电效应的取向性质。在（100）面和（010）面上纵向压电参数d;的取向变化规律完全相同,最大值均出现在[001]方向,其值为360pC/N;而在... 详细信息

基于无铅铁电单晶钛酸铋钠-钛酸钡(0.95(Na;Bi;)TiO;-0.05BaTiO;)的全矩阵系数,系统地研究了晶体纵向压电效应的取向性质。在（100）面和（010）面上纵向压电参数d;的取向变化规律完全相同,最大值均出现在[001]方向,其值为360pC/N;而在（001）面上,压电参数的大小与取向无关,表现出各向同性,其值均为360pC/N。在（110）面上压电参数也具有明显各向异性,最大值为209.2pC/N;沿[111]方向的d;为88.1pC/N。

关键词：钛酸铋钠-钛酸钡铁电单晶压电系数取向性质各向异性

高性能PMN-PT系铁电单晶在医疗超声中的产业化进展

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声学技术 2021年第5期40卷 739-742页

作者：郑曙光徐卓西安交通大学电子陶瓷与器件教育部重点实验室陕西西安710049

PMN-PT系铁电单晶因其出色的压电和高机电耦合系数的特性,在超声换能器领域具有非常好的应用前景。近年来,我国一些研究团队在铁电单晶的理论研究和晶体生长上取得了突破性成就,为铁电单晶在医疗超声领域的大规模应用奠定了坚实的基础... 详细信息

PMN-PT系铁电单晶因其出色的压电和高机电耦合系数的特性,在超声换能器领域具有非常好的应用前景。近年来,我国一些研究团队在铁电单晶的理论研究和晶体生长上取得了突破性成就,为铁电单晶在医疗超声领域的大规模应用奠定了坚实的基础。文章概述了近年来一些研究团队在铁电单晶上的研究进展,以及医用超声换能器领域中使用铁电单晶的工作进展,总结了国内超声企业在铁电单晶换能器产业化的进程。

关键词：铁电单晶 PMN-PT PIN-PMN-PT 医疗超声换能器

钛酸钡铁电单晶压痕诱发微裂纹形成与90°铁电畴变

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硅酸盐学报 2003年第12期31卷 1140-1144页

作者：方菲杨卫清华大学工程力学系国家教育部破坏力学开放实验室北京100084

用偏光显微镜和扫描电子显微镜观察研究了不同取向BaTiO3铁电单晶在Vickers压痕作用下微裂纹与90。铁电畴变的形态。发现对于[001]取向极化的BaTiO3铁电单晶,压痕诱发短裂纹不仅发生在沿着压痕对角线方向,而且由于相邻等价畴变区界面的... 详细信息

用偏光显微镜和扫描电子显微镜观察研究了不同取向BaTiO3铁电单晶在Vickers压痕作用下微裂纹与90。铁电畴变的形态。发现对于[001]取向极化的BaTiO3铁电单晶,压痕诱发短裂纹不仅发生在沿着压痕对角线方向,而且由于相邻等价畴变区界面的结构错配,还发生在与压痕对角线成45°的方向。对于[100]取向的BaTiO3铁电单晶,在偏离水平方向(垂直于极化方向)约15°～20°角出现了对偶长裂纹。如果将压痕的对角线从极化方向旋转45°,则压痕诱发的裂纹长度大大缩短。认为由于结构错配的影响,裂纹倾向于沿着两畴变区的界面或沿着已畴变区和未畴变区的界面形成。

关键词：钛酸钡铁电单晶极化铁电畴变