[发明专利]三元系弛豫基铁电压电单晶及其生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的三元系弛豫基铁电压电单晶及其生长方法，属于铁电、压电晶体材料领域。

背景技术

压电材料是利用压电效应来实现电能和机械能之间直接相互转换的重要功能材料，在日常生产生活中有着广泛的应用，如压电驱动器、压电点火器、声音转换器、压电引爆器、超声波探测仪等等，是构成换能器、传感器、滤波器、压电变压器、固体驱动器等电子元件的重要部件，已成为21世纪高新技术的主要研究方向之一。

半个多世纪以来，二元压电陶瓷锆钛酸铅（PZT）陶瓷由于其较高的压电性能和系列化的材料产品而被广泛应用。然而随着科学技术的不断发展，各种高性能、高精度压电器件对压电材料的性能又提出了更高的要求。在这种背景下出现了铌镁酸铅-钛酸铅（PMN-PT）以及铌锌酸铅-钛酸铅（PZN-PT）弛豫基铁电压电单晶，其应变量是PZT陶瓷的10倍以上，压电系数d₃₃和机电耦合系数k₃₃比通常为600pC/N和70%左右的PZT压电陶瓷要高出许多，分别达到1500pC/N和90%以上，被认为是压电领域50年来的最激动人心的一次突破，引起铁电和压电领域学者的极大关注。弛豫基铁电单晶Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃（简写为PMN-PT）和Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃（简写为PZN-PT）由于在准同型相界(MPB)附近优异的压电性能已经被各地的研究人员开发利用，如PMN-PT单晶在医用超声成像方面已成功应用于高端彩超（如iU22,iE33）的多种探头上，这种所谓的“纯净波探头”使医学影像质量获得大幅提升。在其它领域，如水声换能器、驱动器以及超声马达等，该单晶也有很好的表现。

弛豫基铁电单晶PMN-PT和PZN-PT虽然具有异常优异的压电性能，但是也有其自身的不足，PMN-PT和PZN-PT的三方-四方相变温度太低，只有70～90℃。此外，PMN-PT单晶的矫顽场Ec也偏低，一般低于2.5kV/cm，这使得其对工作环境和工作电压要求较为苛刻，并在很大程度上限制了其应用范围。

发明内容

面对现有技术存在的上述问题，提供一种新型的三元系弛豫基铁电压电单晶，所述三元系弛豫基铁电压电单晶的化学组成为x A(B¹_1/2B²_1/2)X₃—y A(B³_1/3B²_2/3)X₃—(1-x-y)ABX₃，0﹤x﹤1，0﹤y﹤1，且x+y﹤1，

A为Pb²⁺、或者Pb²⁺与选自Ba²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺的A位掺杂元素的组合，A位掺杂元素的掺杂量为0～5mol%;

B¹为In³⁺、或者In³⁺与选自Yb³⁺、Cr³⁺、Fe³⁺、Sc³⁺、Ho³⁺的B¹位掺杂元素的组合，B¹位掺杂元素掺杂量为0～10mol%；

B²为Nb⁵⁺、或者Nb⁵⁺与选自Ta⁵⁺、Sb⁵⁺的B²位掺杂元素的组合，B²位掺杂元素掺杂量为0～5mol%；

B³为Mg²⁺、或者Mg²⁺与选自Cu²⁺、Cd²⁺、Ni²⁺的B³位掺杂元素的组合，B³位掺杂元素掺杂量为0～10mol%；