文档介绍：博士学位论文
铌镁酸铅基铁电单晶机电性质和电场诱导
电畴反转研究
ELECTROMECHANICAL PROPERTY AND
ELECTRIC FIELD INDUCED DOMAIN
SWITCHING OF LEAD MAGNESIUM NIOBATE
BASED FERROELECTRIC SINGLE CRYSTALS
王竹
哈尔滨工业大学
2012 年 6 月
国内图书分类号:O487 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开
理学博士学位论文
铌镁酸铅基铁电单晶机电性质和电场诱导
电畴反转研究
博士研究生: 王竹
导师: 张锐教授
申请学位: 理学博士
学科: 光学
所在单位: 物理系
答辩日期: 2012 年 6 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index: O487
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Dissertation for the Doctoral Degree in Science
ELECTROMECHANICAL PROPERTY AND
ELECTRIC FIELD INDUCED DOMAIN
SWITCHING OF LEAD MAGNESIUM NIOBATE
BASED FERROELECTRIC SINGLE CRYSTALS
Candidate: Zhu Wang
Supervisor: Prof. Rui Zhang
Academic Degree Applied for: Doctor of Science
Speciality: Optics
Affiliation: Department of Physics
Date of Defence: June, 2012
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
弛豫铁电单晶是一类复杂的固溶体化合物,如铌锌酸铅-钛酸铅(PZN-PT)
和铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)单晶,由于这类晶体具有十分优异的压电、铁
电、声学和光学等性质,因此受到了人们的广泛关注。弛豫铁电单晶 PZN-PT
和 PMN-PT 随着 PT 组分的变化会发生结构相变,准同型相界(MPB)组分的
弛豫铁电单晶 PZN-PT 和 PMN-PT 表现出最优异的压电和铁电性质,同时也具
有十分复杂的铁电电畴结构。由于材料的宏观物性都是其微观结构的外在表现,
弛豫铁电单晶损耗特性(介电损耗、机械损耗、压电损耗)与铁电电畴畴壁贡
献密切相关,对于弛豫铁电单晶损耗特性的研究可以揭示铁电电畴结构与宏观
机电性质的密切关联,以及巨压电性质起源等物理问题。
本文建立了一套利用阻抗(导纳)谱中五个特征参数研究弛豫铁电单晶复
数机电性质的表征方法。研究了[001]c 方向极化的弛豫铁电单晶 PMN-
的复数机电性质,发现与传统压电陶瓷 PZT-5H 比较而言,PMN- 单晶具
有非常小的介电损耗因子,但是机械损耗因子却与 PZT-5H 陶瓷相似,表明弛
豫铁电单晶 PMN-PT 是一类机械损耗较高的铁电单晶。
弛豫铁电单晶中主要包含两类铁电电畴结构:非 180°铁电电畴和 180°铁
电电畴。非 180°铁电电畴则主要有 71°、109°和 90°铁电电畴。通过对
PMN- 单晶偏光性质的研究发现在电场诱导铁电电畴反转过程中,非 180°
铁电电畴反转是晶体极化的主要过程,180°铁电电畴反转可以通过两个或者多
个非 180°铁电电畴的连续反转来实现。研究了 PMN- 和 PMN- 单
晶损耗特性与极化电场的依赖关系。发现在极化过程中,PMN- 单晶介
电损耗因子随着极化电场强度的增加而减小,而机械损耗因子则随着极化电场
强度的增加而增大。在研究 PMN- 单晶损耗特性与极化电场依赖关系时,
发现在 90℃下 PMN- 单晶可以被极化成为四方单畴结构,在单畴状态
PMN- 单晶介电损耗因子和机械损耗因子都变得很小。这表明晶体的介
电损耗主要源于非 180°和 180°铁电电畴畴壁的贡献,而机械损耗特性则主要
来源于晶体内部非 180°铁电电畴