pimnt單晶生長(zhǎng)用多晶料的固相合成【文獻(xiàn)綜述】

1、文獻(xiàn)綜述文獻(xiàn)綜述應(yīng)用化學(xué)應(yīng)用化學(xué)PIMNT單晶生長(zhǎng)用多晶料的固相合成一、研究背景一、研究背景壓電材料是一類基于壓電效應(yīng)的重要功能材料，主要有壓電晶體與壓電陶瓷兩大類。壓電陶瓷以其工藝成熟、性能參數(shù)可調(diào)、價(jià)格低廉等諸多優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于壓電變壓器、壓電原件、壓電濾波器等領(lǐng)域。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，以鋯鈦酸鉛（PZT）陶瓷為主體的壓電陶瓷已在壓電材料領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位。通過摻雜和傳統(tǒng)工藝制備的PZT基陶瓷，其發(fā)展以接近極限，很難再提高其性能。九十

2、年代后期以來，日、美科學(xué)家首先發(fā)現(xiàn)弛豫鐵電單晶鈮鋅酸鉛鈦酸鉛（PZNT）和鈮鎂酸鉛鈦酸鉛（PMNT），準(zhǔn)同型相界成分的PZNT、PMNT具有非常高的壓電常數(shù)，跟傳統(tǒng)的壓電材料PZT鐵電陶瓷相比，其壓電常數(shù)d33、機(jī)電耦合系數(shù)K33從600pCN和70%左右分別提高到2000pCN和90%，且其應(yīng)變量高達(dá)1%以上，比通常應(yīng)變?yōu)?.1%左右的壓電材料高1個(gè)數(shù)量級(jí)。馳豫鐵電體是指具有彌散性順電相變的一類特殊鐵電體，主要有鈣鈦礦和鎢青銅礦2大類

3、。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)可用化學(xué)式A(B′B″)O3表示，其中A原子通常是Pb，B原子有2種占位，B′為Mg，Zn，F(xiàn)e，Sc，Ni，In等，而B″為Nb，Tb或W。1961年蘇聯(lián)科學(xué)家在Pb(Mg13Nb23)O3(PMN)單晶中首次觀察到了馳豫行為。1969年Nomura等人報(bào)道了在馳豫鐵電體Pb(Zn13Nb23)O3(PZN)與普通鐵電體PbTiO3（PT）形成的贗二元固溶體中存在準(zhǔn)同型相界（mphotropicphaseboundaryM

4、PB）。在準(zhǔn)同型相界附近，馳豫鐵電體具有較大的壓電系數(shù)和較高的機(jī)電耦合系數(shù)。例如，PZN是典型的馳豫鐵電體，其彌散相變溫度在140oC，PT是普通鐵電體，其居里溫度為490oC；這2種鐵電體成分在一定范圍內(nèi)可以形成完全互溶的固溶體，可用(1x)Pb(Zn13Nb23)O3xPbTiO3表示，其準(zhǔn)同型相界成分在x=0.09附近，相應(yīng)的機(jī)電耦合系數(shù)可高達(dá)94%，也就是說此材料制作的換能器，理論上其機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的效率可高達(dá)94%。由于此類

5、弛豫鐵電單晶材料的優(yōu)異性能，使其在醫(yī)學(xué)超聲成像、聲納技術(shù)、工業(yè)無損探傷等聲電轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。PMNT晶體與PINT晶體加以混合，以生長(zhǎng)準(zhǔn)同型相界成分的鈮銦酸鉛鈮鎂酸鉛鈦酸鉛（PIMNT），其化學(xué)式為0.24Pb(In12Nb12)O30.42Pb(Mg12Nb23)O30.34PbTiO3，前期研究表明，PIMNT晶體的析晶特性相似于PMNT晶體而不同于PINT晶體，PIMNT晶體完全可以采用熔體坩堝下降法進(jìn)行生長(zhǎng)，其晶體

6、配合料不必添加助熔劑PbO，甚至可以采用PMNT晶體作為籽晶進(jìn)行定向生長(zhǎng)，PIMNT晶體的熔點(diǎn)還從PMNT晶體的1302oC降低到1276oC，相應(yīng)的晶體生長(zhǎng)溫度也可以降低26oC左右，這樣有助于減緩熔體對(duì)鉑坩堝的侵蝕作用，因此大尺寸PIMNT晶體生長(zhǎng)的固有困難比PMNT晶體還有所減小。分析測(cè)試表明，所獲PIMNT晶體不僅保持了PMNT晶體的良好壓電特性，而且其居里溫度由PMNT晶體的150oC提高到180oC，即居里溫度介于PMNT晶

7、體和PINT晶體之間，已能滿足絕大部分使用溫度環(huán)境的需要。三、本課題學(xué)術(shù)構(gòu)想三、本課題學(xué)術(shù)構(gòu)想為了滿足PIMNT單晶生長(zhǎng)的需要，本課題擬開展PIMNT多晶料制備的研究，研究表明，PIMNT單晶的壓電性能在很大程度上受制于多晶料的組成，為了生長(zhǎng)出高性能的PIMNT單晶，須探究適宜于獲得高壓電性能的多晶料組成，制備出純鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)的PIMNT多晶料。本課題擬通過高溫固相反應(yīng)制備PIMNT多晶料，先期合成出二元前體化合物InNbO4和MgNb

8、2O6，再合成三元固溶體PIMNT多晶料。應(yīng)用X射線粉末衍射、差熱熱重分析等方法，對(duì)所合成前體化合物以及三元固溶體進(jìn)行分析表征；掌握合成前體化合物以及三元固溶體的適當(dāng)工藝條件，合成出成分穩(wěn)定的純鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)的PIMNT多晶料；結(jié)合PIMNT單晶生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證高溫固相合成制備PIMNT多晶料的有效性。四、參考文獻(xiàn)四、參考文獻(xiàn)[1]師昌緒.材料大辭典[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社2006.[2]張福學(xué)王麗坤.現(xiàn)代壓電學(xué)(下冊(cè))[M].北京:科