弛豫鐵電單晶復參數機電性能及其損耗機理研究

《弛豫鐵電單晶復參數機電性能及其損耗機理研究》是依託哈爾濱工業大學，由張銳擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：弛豫鐵電單晶復參數機電性能及其損耗機理研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張銳

項目摘要

本項目擬結合純模式超音波透射、反射譜與共振阻抗譜等測試方法，發展適合於測試處於近相界三方相的弛豫型鐵電單晶鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛0.70Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.30PbTiO3（PMN-30%PT）復參數形式彈性、壓電、介電等巨觀機電性能的理論與方法，研究當該體系單晶具有不同幾何形狀、沿不同方向極化、處於不同極化電場、偏置電場、溫度場、機械壓力等控制條件下，其機械、電學損耗的起源機理與變化規律。進而利用偏光顯微疇結構觀測等技術手段，結合疇動力學建模與理論計算，探索該體系單晶機械、電學損耗與疇壁運動及工程疇結構之間關係，找尋控制與穩定晶體疇結構的技術方法，以降低體系損耗，最佳化其巨觀電機性能，為指導套用該體系單晶設計高頻醫學超音波換能器、高能/寬頻水聲聲納等電機器件提供數據支撐和理論依據。

結題摘要

弛豫鐵電單晶鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛（PMN-PT）、鈮鋅酸鉛-鈦酸鉛（PZN-PT）等具有十分優異的壓電、鐵電、聲學和光學性質，其PT組分的變化會引發結構相變，並在準同型相界（MPB）組分表現出最優異的壓電和鐵電性質，同時也具有十分複雜的鐵電電疇結構,弛豫鐵電單晶損耗特性（介電損耗 、機械損耗、壓電損耗）與鐵電電疇疇壁貢獻密切相關。 本項目擬結合純模式超音波透射、反射譜與共振阻抗譜等測試方法，發展適合於測試處於近相界三方相的弛豫型鐵電單晶鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛復參數形式彈性、壓電、介電等巨觀機電性能的理論與方法，研究當該體系單晶具有不同幾何形狀、沿不同方向極化、處於不同極化電場、偏置電場、溫度場、機械壓力等控制條件下，其機械、電學損耗的起源機理與變化規律。利用偏光顯微疇結構觀測結合疇動力學建模與理論計算，探索該體系單晶機械、電學損耗與疇壁運動及工程疇結構之間關係，找尋控制與穩定晶體疇結構的技術方法，以降低體系損耗，最佳化其巨觀電機性能，為指導套用該體系單晶設計高頻醫學超音波換能器、高能/寬頻水聲聲納等電機器件提供數據支撐和理論依據。 建立了一套利用阻抗（導納）譜中五個特徵參數研究弛豫鐵電單晶複數機電性質的表征方法。研究了 [001]c方向極化的弛豫鐵電單晶PMN-0.29PT的複數機電性質，發現與傳統壓電陶瓷PZT-5H比較而言，PMN-0.29PT單晶具有非常小的介電損耗因子，但是機械損耗因子卻與PZT-5H陶瓷相似，表明弛豫鐵電單晶PMN-PT是一類機械損耗較高的鐵電單晶。 通過對PMN-0.30PT單晶偏光性質的研究發現在電場誘導鐵電電疇反轉過程中，非180°鐵電電疇反轉是晶體極化的主要過程，180°鐵電電疇反轉可以通過兩個或者多個非180°鐵電電疇的連續反轉來實現。通過對晶體複數機電性質的表征，研究了PMN-0.30PT單晶損耗特性與極化電場的依賴關係。發現PMN-0.30PT單晶介電損耗因子隨著極化電場強度的增加而減小，而機械損耗因子則隨著極化電場強度的增加而增大。在90℃下PMN-0.30PT單晶可以被極化成為四方單疇結構，在單疇狀態PMN-0.30PT單晶介電損耗因子和機械損耗因子都變得很小。這表明晶體的介電損耗主要源於非180°和180°鐵電電疇疇壁的貢獻，而機械損耗特性則主要來源於晶體內部非180°鐵電電疇疇壁的貢獻。