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基于pmnt晶片热释电型太赫兹探测器的设计与应用(特邀)

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光电技术应用 2024年第1期39卷 64-69页

作者：徐玉华陈建伟刘志明尹炳琪吕振川谭景甲马超张志辉罗豪甦中电科思仪科技股份有限公司山东青岛中国科学院上海硅酸盐研究所上海

针对太赫兹探测器的研究现状,分析研究了现有太赫兹探测器的优缺点,并对热释电型太赫兹探测器的热释电材料和吸收材料进行研究,提出了一种基于铌镁钛酸铅(pmnt)晶片的新型太赫兹探测器的设计和制作方法。用pmnt晶片作为热释电材料,碳纳... 详细信息

针对太赫兹探测器的研究现状,分析研究了现有太赫兹探测器的优缺点,并对热释电型太赫兹探测器的热释电材料和吸收材料进行研究,提出了一种基于铌镁钛酸铅(pmnt)晶片的新型太赫兹探测器的设计和制作方法。用pmnt晶片作为热释电材料,碳纳米管作为吸收材料,使用精密减薄抛光工艺和溅射电极工艺等工艺技术,完成了新型热释电太赫兹探测器的设计与制作。并利用该探测器设计了一款太赫兹功率计,经测试,该功率计在0.1~30 THz宽频段、0.5~100 m W大功率动态范围内,功率测量准确度达到了±10%,综合指标达到国际同类产品先进水平,应用效果良好。

关键词： pmnt 太赫兹探测器热释电效应碳纳米管太赫兹功率计

Ferroelectric and piezoelectric properties of novel relaxor ferroelectric single crystals pmnt

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Chinese Science Bulletin 2000年第6期45卷 491-495页

作者： XU Guisheng LUO Haosu WANG Pingchu XU Haiqing YIN Zhiwen Laboratory of Functional Inorganic Materials Shanghai Institute of CeramicsChinese Academy of SciencesShanghai 201800China Xiangtan Polytechnic Institute Xiangtan 411201China

Relaxor ferroelectric single crystals pmnt with the size of φ40 mm×80 mm have been grown by a modified Bridgman method and their ferroelectric and piezoelectric properties have been characterized. The properties varied with the compositions and cut types. On the (001) cut, pmnt76/24 single crystals exhibited a dielectric constant ε of about 3 400, a dielectric loss of tanδ pmnt67/33 single crystals on (001) cut were betler: e of about 5 300, tan5 pmnt crystals grown by this method showed more excellent piezoelectric properties than those grown by high temperature solution method and higher value of kt than the rhombohedral PZNT single crystals. it has also

关键词： relaxor ferroelectrics single crystals pmnt piezoelectric properties ferroelectric properties.

Morphology and defect structures of novel relaxor ferroelectric single crystals Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3

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Science China(Technological Sciences) 1999年第5期42卷 541-549页

作者：许桂生罗豪甦仲维卓殷之文徐海清齐振一刘克 Laboratory of Functional Inorganic Materials Shanghai Institute of Ceramics Chinese Academy of Sciences Xiangtan Polytechnic Institute Xiangtan 411201 China

High-performance relaxor ferroelectric single crystals Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 have been grown successfully by a modified Bridgman method. They have the size of 25×25×50mm3 and are of pure perovskite phases with tetragonal or rhombohedral structures. Their {001} faces appear dominantly, which can be interpreted by the model of anionic coordination polyhedral growth units. Main macro defects observed under optical microscopes and SEM can be reduced or removed by improving growth parameters after understanding their formation mechanism. 71° or 109° macrodomains in rhombohedral pmnt 76/24 crystals and 90° macrodomains in tetragonal pmnt 65/35 crystals have been observed by optical microscopes. It has been found that the transition from microdomains to macrodomains can be induced by compositions. Both the imaging mechanism of non-180° domains and the relation between domain configurations and ferroelectric phase transition have been analyzed.

关键词： relaxor ferroelectrics single crystals pmnt morphology defect structures domain configura-tions.

基于弛豫铁电单晶增能结构的超声换能器的设计、仿真与制备研究

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基于弛豫铁电单晶增能结构的超声换能器的设计、仿真与制备研究

作者：杭海上海师范大学

学位级别：硕士

凸阵换能器是腹部超声成像的重要部件,其电声性能直接关乎成像的分辨率和对比度等。弛豫铁电单晶Pb(MgNb)O-x Pb Ti O凭借其远超Pb(ZrTi)O陶瓷的压电、介电和机电耦合性能在超声换能器应用中有着天然的优势。对于单晶凸阵换能器的研发方... 详细信息

凸阵换能器是腹部超声成像的重要部件,其电声性能直接关乎成像的分辨率和对比度等。弛豫铁电单晶Pb(MgNb)O-x Pb Ti O凭借其远超Pb(ZrTi)O陶瓷的压电、介电和机电耦合性能在超声换能器应用中有着天然的优势。对于单晶凸阵换能器的研发方面,出于应用的学科知识过多,整体的设计及其复杂,已然成为高端超声设备研发的巨大障壁,近些年来政府出台了鼓励高端医疗设备的自主研发以及创新的政策,因此对高性能的单晶换能器的研发是一个巨大的机遇。本论文围绕着弛豫铁电单晶pmnt凸阵换能器的声学匹配和压电振子的优化设计以及工艺集成展开研究。通过建立对应结构的凸阵换能器模型,并结合KLM模型进行有限元仿真获取对应结构换能器的声学和结构参数,并通过工艺集成制备出对应结构的单晶凸阵换能器,并进行电声性能的测试表征。具体研究结果如下:增能层的引入可以有效改变换能器压电层的边界条件,并以此改变压电振子的振动模态和声波在换能器中的传输方式,能够提升单晶凸阵换能器的电声性能。通过对具有增能层的（DM）单晶凸阵换能器进行有限元分析,DM的阵元的电学阻抗谱频域范围大于传统（TD）单晶凸阵换能器的阵元的,且在谐振频率下的阻抗不及TD阵元的二分之一,有利于后端的电学匹配和调谐。DM单晶凸阵换能器的脉冲-回波带宽(2高达89.46%,比TD单晶凸阵换能器的(2高出17.22%,相对脉冲-回波灵敏度提升了1.1 d B。阵元间串扰仿真显示,DM单晶凸阵换能器的阵元间串扰降低了2.7 d B。子阵元的引入可以将原本单一的横向振动模态分解为多种的横向振动模态,使得阵元间串扰大幅度降低,提升单晶凸阵换能器的电声性能。通过对具怎子阵元和增能层的（SD）单晶凸阵换能器进行有限元分析,根据阵元电学阻抗谱,子阵元的引入拓展了单晶凸阵换能器的频域范围,进一步降低了谐振频率下阵元的阻抗,更有利于后端的电学匹配和调谐,且在脉冲-回波性能上,使得SD单晶凸阵换能器的（2提升到91.05%,同时使阵元间串扰大幅度降低,与DM单晶凸阵换能器相比差值达到4.9 d B。单晶凸阵换能器的工艺集成和测试表征方面,制备出了高性能的具子阵元的基于增能结构的单晶凸阵换能器,它的回波性能与有限元仿真的结果较为一致,且阵元一致性优异,整体波动电容只有0.98%,在未经电学匹配和调谐以及无声透镜的情况下,在穿透深度为12 cm处的-6 d B的带宽BW高达90.46%,相对脉冲-回波灵敏度RS为-49.17 d B,中心频率1）为2.83 MHz,远超商用同工作频率的PZT陶瓷凸阵换能器的性能。

关键词： pmnt 弛豫铁电单晶超声换能器增能层子阵元

同方学位论文库评论

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成型压力对pmnt多晶体取向生长的影响

人工晶体学报 2004年第3期33卷 320-323页

作者：赵丽丽高峰赵鸣张昌松李光耀田长生西北工业大学材料科学与工程学院

采用添加PbO的TGG方法定向生长pmnt多晶体 ,研究了素坯成型压力对pmnt多晶体取向生长的影响规律。结果表明 ,成型压力直接影响pmnt多晶体的取向生长速度和取向程度。随着成型压力逐渐增大 ,pmnt多晶体的取向生长速度呈先增加后减小的趋... 详细信息

采用添加PbO的TGG方法定向生长pmnt多晶体 ,研究了素坯成型压力对pmnt多晶体取向生长的影响规律。结果表明 ,成型压力直接影响pmnt多晶体的取向生长速度和取向程度。随着成型压力逐渐增大 ,pmnt多晶体的取向生长速度呈先增加后减小的趋势。低于临界成型压力 (在本文实验条件下 ,临界成型压力为 6 0 0MPa)时 ,随成型压力增大 ,pmnt多晶体的取向生长速度越来越快 ;高于临界成型压力时 ,随成型压力增大 ,pmnt多晶体的取向生长速度越来越慢 ,但是多晶体的取向程度却越来越好。

关键词： pmnt 定向生长压电材料 TGG方法陶瓷晶相

弛豫铁电单晶(pmnt)中负离子配位多面体结晶方位与工程化畴

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人工晶体学报 2006年第6期35卷 1163-1166页

作者：仲维卓赫崇君张学华罗豪甦华素坤中国科学院上海硅酸盐研究所上海201800

本文从晶体中负离子配位多面体结构基元结晶方位及其形变的论点讨论了pmnt晶体工程化畴的形成机理,认为晶体工程化畴的形成是在电场作用下,当A位离子沿着晶体a、b、c轴孔道发生位移导致B八面体中的B离子位移和B八面体形变,两者相互制约... 详细信息

本文从晶体中负离子配位多面体结构基元结晶方位及其形变的论点讨论了pmnt晶体工程化畴的形成机理,认为晶体工程化畴的形成是在电场作用下,当A位离子沿着晶体a、b、c轴孔道发生位移导致B八面体中的B离子位移和B八面体形变,两者相互制约所致,三方和四方晶系的晶体中畴的形成都是沿着B八面体的对角线方向分布。

关键词：负离子配位多面工程化畴 pmnt 结晶方位

PREPARATION OF pmnt NANO-POWDERS

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China Particuology 2006年第2期4卷 90-92页

作者： Qingtao Zhang Yanqiu Li Yonghong Shang Institute of Electrical Engineering Chinese Academy of Sciences Zhongguancun Beijing 100080 P. R. China Graduate School of the Chinese Academy of Sciences Beijing 100039 R R. China

Sol-gel-derived nano-powders of lead magnesium niobate and lead titanate solid solutions （PMN-PT or pmnt） were prepared from lead acetate trihydrate （Pb（CH3COO）2·3H2O）, magnesium acetate trihydrate （Mg（CH3COO）2·3H2O）, niobium ethoxide （Nb（OC2H5）5） and titanium isopropoxide （Ti（OCH（CH3）2）4）. The key steps in the preparation process were discussed, The crystalline phases in the powders were investigated using X-ray diffraction （XRD） analysis and the size of grains was observed by field-emission scanning electron microscopy （SEM）. These powders, with good dispersion characteristics and narrow grain size distribution （ranging from 50 nm to 200 nm）, may be used to prepare pmnt thick films and ceramics.

关键词： pmnt nano-powders relaxation ferroelectrics

铅基复合钙钛矿型弛豫铁电单晶的生长基元与生长机理Ⅰ.pmnt单晶的表面形貌、负晶结构及生长基元的组装与拆分

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化学学报 2000年第2期58卷 172-177页

作者：许桂生许桂生罗豪甦仲维卓殷之文刘克中国科学院无机功能材料开放实验室

铅基复合钙钛矿型弛豫铁电单晶体pmnt的生长基元为多种[BO_6]配位八面体,晶体生长过程可视为多种八面体基元与Pb^(2+)的组装过程.这些生长基元向{111}面叠合时易采取法向生长机制,向{001}面叠合时易采取层状生长机制,由此决定了晶体生... 详细信息

铅基复合钙钛矿型弛豫铁电单晶体pmnt的生长基元为多种[BO_6]配位八面体,晶体生长过程可视为多种八面体基元与Pb^(2+)的组装过程.这些生长基元向{111}面叠合时易采取法向生长机制,向{001}面叠合时易采取层状生长机制,由此决定了晶体生长速度的各向异性与晶体的形貌.Bridgman法生长的pmnt晶体在生长过程中由内向生长机制形成规则的负晶结构;在晶体生长过程中,在其自然表面上可形成正形与负形两种形貌;在高温退火过程中,由于PbO的分解,晶体表面上可形成类似“蚀象”的构型,这些可从[BO_6]八面体生长基元的组装或拆分方面获得解释.

关键词：弛豫铁电体 pmnt 晶体生长生长基元

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压电单晶双激励宽带纵向换能器

哈尔滨工程大学学报 2018年第9期39卷 1472-1477页

作者：季博成蓝宇周天放哈尔滨工程大学水声工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水声技术重点实验室黑龙江哈尔滨150001

为了提高纵向换能器发射响应和工作带宽,本文以压电单晶pmnt做为有源驱动材料,采用双晶堆不同尺寸反相激励的方式,同时激发出一阶、二阶纵振模态,从而提高纵向换能器发射响应,拓宽工作频带。通过四端网络法简化换能器的等效电路并计算... 详细信息

为了提高纵向换能器发射响应和工作带宽,本文以压电单晶pmnt做为有源驱动材料,采用双晶堆不同尺寸反相激励的方式,同时激发出一阶、二阶纵振模态,从而提高纵向换能器发射响应,拓宽工作频带。通过四端网络法简化换能器的等效电路并计算其发射性能,利用ANSYS软件对模型进行优化设计并制作了试验样机,最终测试数据显示在工作频带27~65 k Hz,最大发射电压响应值不低于150 d B,带内起伏小于12 d B。研究结果表明:理论计算、有限元仿真计算与实测结果基本吻合,利用双晶堆反相激励的方式可实现纵向换能器较宽频带工作。

关键词：压电单晶双激励纵向换能器宽带有限元等效电路四端网络法 pmnt 发射响应