弛豫型铁电晶体92%PZN-8%PT的熔盐法生长

文章编号：１００ｌ一９７３１（２０００）０４一０４２１一０２

弛豫型铁电晶体９２％ＰＺＮ一８％ＰＴ的熔盐法生长＋

肖敬忠，张连翰，杭寅

（中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥２３００３１）

摘要：本文报道了弛豫型铁电晶体９２％ＰＺＮ一８％ＰＴ的熔盐法生长。单晶最大尺寸超过２５ｍｍ，为Ｒ３ｍ空间群。讨论了工艺条件特别是原料、冷阱技术、温度梯度等对晶体生长的影响，测定了该晶体的部分重要的压电性能。

关键词：弛豫型铁电晶体；熔盐法；单晶生长；压电性能

中图分类号：ＴＭ２２１文献标识码：Ａ

１引言

和普通铁电体相比，弛豫型铁电体呈现出弥散性相变［１］。自其发现三十多年以来［２］，已成为凝聚态物理领域的一个研究热点。研究弛豫型铁电体的意义在于，一方面这类材料具有多方面的可实用性质，如优异的压电性能等；另一方面在基础研究方面有助于揭示铁电有序的演化过程。

对Ｐｂ（Ｂ－Ｂ２）０。型的弛豫型铁电体研究除在陶瓷材料方面取得了许多重要成果之外［““，在单晶的生长和性能研究方面也得到了长足进展。Ｎｏｍｕｒａ［６３等人于１９６９年报道了关于ＰｚＮ—ＰＴ系列晶体的生长。随后Ｓｈｒｏｕｔ［７］等人也研究了ＰＭＮ—ＰＴ单晶。１９８１年，ＪＫｕｗａｔａ等人［８３发表了关于ＰｚＮ—ＰＴ系列晶体相变的文章。次年［”，他们又报道了ＰＺＮ—ＰＴ晶体的介电和压电性质。美国宾州大学的Ｓ．Ｅ．Ｐａｒｋ［”］等人研究了生长条件对ＰＺＮ晶体性质的影响，并详细报道了熔盐法生长ＰｚＮ—ＰＴ晶体的方法【１１］。Ｔ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ［１幻等人也用熔盐法长出了尺寸超过４０ｍｍ的ＰｚＮ—ＰＴ单晶体。研究表明这类晶体普遍表现出优异的压电性能和电致伸缩性能，显著优于传统的ＰＺＴ系陶瓷及弛豫型铁电陶瓷，可望在某些方面取代后者［１”。如ＰｚＮ—ＰＴ系列晶体具有宽的介电常数范围，低的介电损耗，大的压电常数。特别是纵向机电耦合系数Ｋ。。超过９０％，等等。这些都将使ＰＺＮ—ＰＴ系列弛豫型铁电晶体在电声转换应用中具有重要意义和巨大的市场前景，被称为铁电材料领域的“一次激动人心的突破”［１“。

本文报道了９２％ＰＺＮ一８％ＰＴ晶体的熔盐法生长。我们设计合理的温场。采用在坩埚底部加冷阱的方法控制自发成核数目．使用Ｐｂｏ或Ｐｂ。ｏ．为助熔剂生长出了大尺寸的优质单晶（超过２５ｍｍ），并对其进行了Ｘ射线物相分析，测定了部分压电性能。

２实验过程

在实验中我们采用高纯的Ｐｂｏ或Ｐｂ３０。、Ｎｂｚｏｓ、Ｚｎ０、Ｔｉ０２为原料，Ｐｂ０或Ｐｂ。ｏ。为助熔剂。９２％ＰＺＮ一８％ＰＴ按化学计量配比，溶质对溶剂的摩尔比Ｃ：Ｆ一４０：６０。将配好的料

?收稿日期；１９９９一０５—１０

《功能材料》２０００，３１（４）１０００９经两次化料装于Ｄ５０ｍｍ×６０ｍｍ的铂坩埚中。化料温度不超过ｌｏｏｏ℃，时间为２ｈ。将一Ａｌ。（）。薄盖覆盖在铂坩埚上后一起放人电阻炉中，这样可以避免有害物质的大量挥发。在铂坩埚底部放置一层带有锥形冷阱的圆形保温材料ｚｒ（），如图ｌ所示。电阻炉由温度控制系统自动控制，该系统主要由上海

自动化仪表六厂生产的ＤｗＴ一７０２型精密温度自动控制仪、ｘＴＭＡ一１０００型智能数字显示调节仪和热电偶等组成。图２为温度自动控制程序图。它包括快速升温段、保温段、慢速降温段、快速降温段。在温度为１２００～１２５０℃的保温段形成ＰｚＮ—ＰＴ的钙钛矿相。反应方程式为：

１１

Ｐｂｏ＋ｚＴｉ０２＋÷（１一ｚ）ｚｎ（）＋÷（１一ｚ）Ｎｂ２（）５——－－

ｏｏ

（１一ｚ）Ｐｂ（Ｚｎｌ／３Ｎｂ２／３）０３一ｚＰｂＴｉ０３（１）

１１１

÷Ｐｂ３０‘＋ｏＴｉ０２＋÷（１一ｚ）ｚｎｏ＋÷（１一ｚ）Ｎｂ２（）５—一

ｏｏｏ

１

（１一ｚ）Ｐｂ（ｚｎｌ，３Ｎｂ２／３）０３一ｚＰｂＴｉ０３＋÷０２十（２）

●

Ｕ

（１）式和（２）式中的ｚ值均为８％。

图１晶体生长装置模型

Ｆｉｇ１Ｔｈｅｐａｔｔｅｒｎｏｆｔｈｅｉｎｓｔａｌｌｉｎｇｏｆｔｈｅｃｒｙｓｔａｌｇｒｏｗｔｈ

图２晶体生长温度图

Ｆｉｇ２Ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｒｏｆｉｌｅｆｏｒｔｈｅｃｒｙｓｔａｌｇｒｏｗｔｈ

在慢降温段，降温速度控制在１．５～１．８℃／ｈ。由于在８００℃左右会形成焦绿石相的有害物质，故当降温至８５０℃以上

４２１

　万方数据