LiTa1-xNbxO3系例晶體的生長及其性質表征.pdf

1、鉭酸鋰和鈮酸鋰都是集壓電、鐵電、熱釋電、電光、倍頻效應等性能為一體的多功能人工晶體材料。目前，高品質、大尺寸的鉭酸鋰、鈮酸鋰晶體已經(jīng)在激光、非線性光學、電光Q開關、表面聲波裝置(SAW)等電子器件制備科學領域得到了廣泛應用，并實現(xiàn)了商業(yè)化工業(yè)生產(chǎn)。鉭鈮酸鋰(LT1-xNx)晶體是鉭酸鋰和鈮酸鋰的固溶體，點群3m，空間群R3c，晶胞中含畸變氧八面體，類鈦鐵礦結構。鉭鈮酸鋰晶體中，鉭和鈮原子的固溶作用，會引起晶胞結構發(fā)生畸變，晶體的宏觀對稱

2、性保持不變。鈮酸鋰和鉭酸鋰性質雖然相似但由于鉭和鈮離子半徑不同，共存于其固溶體中可能會出現(xiàn)與鈮酸鋰和鉭酸鋰不同的性質，從而實現(xiàn)材料的改性，對其研究可在加深對鈮酸鋰和鉭酸鋰認識的基礎上發(fā)展新材料、發(fā)現(xiàn)新的物理規(guī)律，并探索新器件應用的可能性。因此，該類晶體在性質和應用方面都具有不可低估的潛力。材料制備是應用和器件研究的基礎。早在19世紀70年代科學家就已經(jīng)成功得到鉭鈮酸鋰晶體，但是高質量晶體的生長工藝尚未克服，晶體質量并不理想，LT1-xN

3、x系列晶體生長及性能方面的研究尚不全面。在前期研究基礎上，本論文研究了LT1-xNx系列晶體的生長及其特性，獲得了鉭鈮酸鋰系列晶體，并通過與鈮酸鋰、鉭酸鋰晶體的比較研究，探討了其晶體物理特性的產(chǎn)生機理，為后續(xù)材料改性和固溶體的研究提供了實驗參考。
　　主要內容:
　?。ㄒ唬㎜T1-xNx系列晶體的生長
　　采用提拉法先后生長了LT0.125N0.875、LT0.22N0.78、LT0.375N0.625、LT0.5N0

4、.5、LT0.625N0.375、LT0.75N0.25、LT0.875N0.125晶體，對晶體生長的整個過程、工藝參數(shù)選擇、生長條件的控制進行了分析和討論。
　?。ǘ┓治鯨T1-xNx系列的晶體結構、組成與缺陷
　　采用X射線粉末衍射技術解析了該系列晶體的結構，計算了各晶體的晶胞參數(shù)，找到了晶胞參數(shù)隨組分變化的規(guī)律;采用X射線熒光技術分析了晶體中Ta、Nb元素的組成，證實了晶體生長過程中存在分凝現(xiàn)象。
　　采用DT

5、A曲線測試了晶體的居里點，并簡單討論了組分與居里溫度的關系。采用化學腐蝕的方法，借助光學顯微鏡觀察了晶體內部的包裹體、位錯、裂紋等缺陷，并研究討論缺陷出現(xiàn)的原因以及解決方法。
　?。ㄈ㎜T0.875N0.125晶體的基本性質表征
　　1.采用浮力法測試了晶體的實際密度7.056g/cm3，與理論密度相差不大，并隨溫度的升高而減小。
　　2.測量了晶體的熱膨脹，比熱，熱擴散，熱導率。晶體的比熱室溫下為0.432J/(g

6、·K)。證實了晶體的熱膨脹，熱擴散和熱導率都呈現(xiàn)明顯的各項異性。沿a軸的熱膨脹率隨著溫度升高不斷增大，c軸出現(xiàn)微收縮的現(xiàn)象。LT0.875N0.125晶體的口和c軸上的平均熱膨脹系數(shù)分別為14.86×10-6/K，-1.82×10-6/K。室溫下LT0.875N0.125晶體的熱擴散系數(shù)為λ11=0.957mm2/s，λ33=1.274mm2/s。熱導率為k11=2.91W/(m·K)，k33=4.24W/(m·K)。比較了LT0.87

7、5N0.125晶體和CLN晶體的熱學數(shù)據(jù)，并進行了討論研究。
　　3.測量了LT0.875N0.125晶體的透過光譜。LT0.875N0.125晶體的最高透過率達到了60％以上。
　　4.分析討論了拉曼散射的基本原理和儀器使用，測得了不同配置下的拉曼光譜，檢測到了四支A1(TO)模和八支E(TO)模。證實了LT0.875N0.125晶體中A1(TO)模和八支E(TO)模的位置相比LiTaO3晶體都發(fā)生了紅移，并指認了TaO6