文档介绍：博士论文开题报告
论文题目:新型铅基弛豫铁电单晶生长的新技术与性能研究
1新型铅基弛豫铁电单晶生长技术国内外研究现状
新型铅基弛豫铁电单晶具有复合钙钛矿结构,其组成为xPb(A,B)O3-(1-x)PbTiO3(其中A=Mg2+,Zn2+,Sc3+, Yb3+, In3+,Fe3+;B=Nb+5,Ta+5),是由弛豫铁电相PAB和正常铁电相PT所形成的固溶体单晶。三方相与四方相之间形成一个准同型相界(MPB)。由于在准同型相界附近的固溶体单晶具有高的压电系数(d33>2500pC/N)和机电耦合系数(k33>92%),以及大的应变量(≈2%),使得新型铅基弛豫铁电单晶在诸如医用超声成像诊断、声纳、工业无损探伤与固体微驱动器等机电转换领域获得广泛重大的应用。因此,出于军事和民用的需要,各国在最近十几年中花大量的人力和物力对组成在准同型相界(MPB)附近的新型铅基弛豫铁电单晶进行了广泛的研究,其中对于该种单晶的生长技术也进行了研究。
新型铅基弛豫铁电单晶的生长主要采用高温溶液法和熔体生长法,其中熔体生长法主要是Bridgman法及其改进方法。
1 .1高温溶液法
又称助熔剂法,是生长晶体的一种重要方法。它的适用性很强,只要能找到适当的助熔剂或其组合,就能长出该种晶体;而且对于哪些难熔化合物和在熔点极易挥发或由于高温时变价或有相变的材料,以及非同成分熔融化合物,它们不可能直接从熔体中生长或生长出完整的优质单晶,但采用助熔剂法却能长出热应力小、均匀完整的优质单晶。其缺点是晶体生长是在不纯体系中进行的,而这种不纯主要为助熔剂本身,因此容易出现溶剂包裹体,为此生长速度很慢;助熔剂的引入同时也引入了杂质。助熔剂法生长晶体时需解决的主要问题是:如何使溶液产生过饱和度,即生长驱动力的问题;如何控制成核数目和位置,即生长中心问题;如何提高溶质的扩散速度,从而提高生长速度;如何提高溶解度,提高晶体产量和尺寸;如何减少或避免枝蔓生长和包裹体等缺陷;如何控制生长晶体的成分和掺质的均匀性。为解决这些问题,发展了很多生长方法。若从生长中心来分,可分为自成核技术和籽晶生长技术;若从过饱和度来分,可分为缓冷法、助熔剂蒸发法等,。其实有很多方法是吸收了其它技术或生长方法的长处发展起来的组合技术。
熔剂生长原理是基于当高温溶液缓冷时获得过饱和度而引发的自发成核。在早期的铅基弛豫铁电晶体熔剂生长中,主要关心的是如何控制自发成核和相均匀性的问题,但存在生长结果很难重复、晶体常含有熔剂杂质和裂纹以及相对小的尺寸等缺点。
高温熔剂法是该类晶体生长最早采用的方法,通过在冷却过程中自发核的相互竞争而获得单晶。其中日本的Kuwata,Uchino及Nomura等以PbO为熔剂在80年代初
生长出了近MPB成分及三方相区可用于性能表征的PZNT91/9单晶,并对其压电性
典型的缓冷法晶体生长装置
能首次进行表征。在室温测得PZNT91/9的d33达1500~1570pC/N,k33达90~92%,但四方相的压电性能却较低,其d33<800pC/N,k33<80%。他们还发现了一种异常现象,即三方相PZNT单晶的压电性能最大的切型不是垂直其自发极化方向[111],而是[001]方向。
1989,19