铌镁酸铅—钛酸铅与铌钪镁酸铅—钛酸铅单晶机电性能和热稳定性的研究

发布时间：2017-09-05 00:15

  本文关键词：铌镁酸铅—钛酸铅与铌钪镁酸铅—钛酸铅单晶机电性能和热稳定性的研究

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【摘要】：近年来,弛豫铁电单晶铌镁酸铅-钛酸铅(Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3,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。
【关键词】：Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3 Pb(Sc_(1/2)Nb_(1/2))O_3-Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3 压电性能 介电性能 温度稳定性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 课题背景及研究的目的意义10-12
• 1.1.1 压电材料的发展10-11
• 1.1.2 存在的问题及研究的目的11-12
• 1.2 铁电体12-16
• 1.2.1 铁电体的概念与分类12-13
• 1.2.2 铁电体的宏观特征13-15
• 1.2.3 铁电畴15-16
• 1.3 铌镁酸铅-钛酸铅和铌钪酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅16-18
• 1.3.1 铌镁酸铅-钛酸铅（PMN-PT）16-17
• 1.3.2 铌钪酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅（PSN-PMN-PT）17-18
• 1.4 压电单晶全矩阵参数及其测量18-21
• 1.5 本论文的主要内容21-23
• 第2章 [001]C方向极化的PMN-0.37PT性能的研究23-35
• 2.1 [001]C方向极化PMN-0.37PT晶体的介电、铁电和应变性能23-25
• 2.1.1 [001]C方向极化PMN-0.37PT晶体的介电温谱23-24
• 2.1.2 [001]C取向PMN-0.37PT晶体的电滞回线和应变曲线24-25
• 2.2 [001]C方向极化的PMN-0.37PT晶体全矩阵参数25-27
• 2.3 PMN-0.37PT性能对空间取向的依赖性27-29
• 2.4 温度对[001]C方向极化的PMN-0.37PT性能的影响29-31
• 2.5 温度对空间各向异性的影响31-33
• 2.6 本章小结33-35
• 第3章 [011]C方向极化的PMN-0.37PT性能的研究35-47
• 3.1 [011]C方向极化的PMN-0.37PT相结构随电场的变化35-38
• 3.2 [011]C方向极化的PMN-0.37PT相结构随温度的变化38-40
• 3.3 [011]C方向极化的PMN-0.37PT压电介电性能的热稳定性40-42
• 3.4 [011]C方向极化的PMN-0.37PT晶体中单斜相的热稳定性42-45
• 3.5 本章小结45-47
• 第4章 [001]C方向极化的 0.06PSN-0.61PMN-0.33PT晶体性能的研究47-56
• 4.1 [001]C方向极化的 0.06PSN-0.61PMN-0.33PT晶体介电温谱47-48
• 4.2 [001]C方向极化的 0.06PSN-0.61PMN-0.33PT晶体铁电性能48-50
• 4.3 [001]C方向极化 0.06PSN-0.61PMN-0.33PT晶体全矩阵参数50-51
• 4.4 [001]C方向极化的 0.06PSN-0.61PMN-0.33PT晶体热稳定性51-54
• 4.5 本章小结54-56
• 结论56-57
• 展望57-58
• 参考文献58-62
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果62-64
• 致谢64-65
• 个人简历65

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