论文部分内容阅读
近年来,弛豫铁电单晶铌镁酸铅-钛酸铅(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3,即PMN-PT),具有极高的压电和机电耦合性能备受人们关注。但是,人们更多的是关注其三方相或者是MPB相,该组份的PMN-PT晶体相转变温度较低,矫顽电场比较小,限制了其应用范围。四方相的PMN-PT拥有相当的机电性能,并且具有较高的相转变温度。另外,有研究表明铌钪镁酸铅-钛酸铅（PSN-PMN-PT）陶瓷拥有较高的相转变温度,那么PSN-PMN-PT单晶可能具有较广的温度使用范围。考虑到机器产热问题,需要寻找同时具有高压电机电耦合性能和宽的温度适用范围的材料。本论文选择对四方相的PMN-PT和PSN-PMN-PT单晶为研究对象,对其的机电性能及温度稳定性进行研究。首先,对[001]C方向极化的四方相的PMN-0.37PT晶体进行研究。发现该晶体拥有较高的居里温度（174℃）和矫顽电场EC（7.4 kV/cm）。其全矩阵参数表明该晶体拥有较强的各向异性,很好的横向介电性能和切向压电性能。通过理论推导可知PMN-0.37PT单晶沿[011]C方向极化可以获得较高的综合性能。随着温度的升高,该晶体的各向异性在不断降低,其纵向压电性能d33的最大值取向不断的向[001]C方向偏转。温度在140℃以下时,该晶体拥有较好的压电热稳性和横向介电热稳性。其次,对[011]C方向极化的PMN-PT晶进行了研究。随着[011]C方向电场的增加,单晶从四方相转变为MC相,最终变为单畴正交相;在降低电压的过程当中,单晶从单畴正交相转变到MC相,最终到四方相与MC相的混合结构。48小时后,相结构稳定但依旧存在单斜相。由于单斜相的存在,导致了该晶体在室温下有极好的压电和机电耦合性能。随着温度升高,晶体中的单斜相体积不发生变化,但是其纵向性能对温度比较敏感。因而,对于压电器件来讲,应当尽量避免含有单斜相结构的晶体,但可以考虑使用在热敏器件当中。最后,对[001]C方向极化的0.06PSN-0.61PMN-0.33PT晶体进行研究。该晶体具有高于PMN-0.33PT晶体相转变温度,但其矫顽电场和应变量更有优势。其全矩阵参数表明该晶体拥有较高的弹性常数,优异的纵向压电性能d33和机电耦合性能k33（1287 pC/N和90.8%）。该晶体的各压电性能之间相差明显,拥有较好的各向异性。通过对该晶体各性能的温度稳定性进行分析可知,该晶体在80℃至130℃之间具有较好且稳定的纵向或者横向压电性能;在80℃以下剪切机电性能较好且稳定。