[发明专利]弛豫铁电单晶铌锌酸铅-钛酸铅的定向生长方法

说明书

本发明的弛豫铁电单晶铌锌酸铅‑钛酸铅的定向生长方法属于单晶生长技术领域。初始原料按照(1‑x)Pb(Zn_1/3Nb_2/3O₃)‑xPbTiO₃,0x0.2,的化学组成称量比混合，之后再经过研磨、预烧、高温融解、降温、放入晶种定向生长等步骤。此方法操作方便，晶体成核方向可控，成品率高，可获得高质量、大尺寸的PZN‑PT晶体，晶种不会溶解，生长完成的晶体不会被挥发的PbO所附着，并且可直观的从石英玻璃板处观察晶体生长状况。

技术领域

本发明属于单晶生长技术领域，特别涉及一种弛豫铁电单晶铌锌酸铅-钛酸铅(PZN-PT)的定向生长方法。

背景技术

长期以来，在诸多功能性材料中，铁电压电材料备受人们喜爱，压电材料可实现机械能和电能间的相互转化，压电材料除了压电和铁电性能外，在外界场(如力、热、光、电、声等)作用下还会表现出独特的性能，是制作驱动器、传感器、换能器、雷达、微型马达等器件的核心用材，而利用这些材料制作的器件更是被广泛地应用于医疗成像、现代电子技术、探测技术、传感技术、超声换能技术和国防军工等领域，在水声换能器、超声探头和多谐振荡器中发挥着重要作用。

继20世纪90年代初对PZN-PT单晶的研究之后，21世纪初报道了对沿不同晶向极化的弛豫铁电单晶的压电特性的系统研究。它们显示出超高的压电系数和机电耦合系数，d₃₃1500pC/N和d₃₃0.9的数量级，远远超过了最先进的铁电PZT陶瓷，并在各种应用中引发了对晶体的兴趣。近年来，以Pb(Zn_1/3Nb_2/3O₃)-PbTiO₃为代表的弛豫铁电单晶，以其特别高的压电系数(d₃₃2000PC/N)，以及大的机电耦合系数(k₃₃90％),相对介电常数的优化，引起了越来越多人的关注。

通常方法所获得的铌锌酸铅-钛酸铅晶体，生长方向不确定，尺寸小，获得晶体后表面有氧化铅附着，处理麻烦，无法直接观察生长晶体状态。

本发明基于对现有生长铌锌酸铅-钛酸铅晶体的技术分析，提出了新的生长工艺，既避免了氧化铅结晶时挥发附着晶体表面也避免了后续对晶体的浸泡处理，也能生长出确定晶面的铌锌酸铅-钛酸铅晶体。与坩埚下降法相比，在可以生长出确定晶面的铌锌酸铅-钛酸铅晶体的同时，可避免晶种的熔化。与其他方法相比，由于用石英玻璃做炉盖，可在生长过程中实时观察晶体生长情况。

发明内容

本发明的目的一在于提供一种生长确定晶面的弛豫压电单晶PZNT的新技术，所述压电单晶的化学式为(1-x)Pb(Zn_1/3Nb_2/3O₃)-xPbTiO₃，0x0.2，生长过程中避免生长成的晶体表面被氧化铅挥发附着，避免晶种的熔化，同时在生长过程中能够实时观察晶体生长情况。

本发明的技术方案如下：

一种弛豫铁电单晶铌锌酸铅-钛酸铅的定向生长方法，有以下步骤：

1)将初始原料PbO、ZnO、Nb₂O₃、TiO₂按照(1-x)Pb(Zn_1/3Nb_2/3O3)-xPbTiO₃的化学组成称量并且均匀混合,0x0.2，研磨2h，在850～890℃范围内初预烧，持续4h；然后将初预烧后的粉末继续研磨2h，放到管式炉内以950℃进行二次预烧,持续4～6h，得到(1-x)Pb(Zn_1/3Nb_2/3O3)-xPbTiO₃多晶粉末，取出二次预烧的粉末再加入与所述多晶粉末相同物质的量的PbO作为助溶剂，继续充分研磨2h；