【摘要】：高性能的壓電材料對(duì)于現(xiàn)代技術(shù)以及科學(xué)研究都有著至關(guān)重要的作用。其中,鈣鈦礦型的壓電材料具有最優(yōu)異的壓電性能,在其研究歷程中,弛豫基鐵電單晶的出現(xiàn)使得壓電性能有了巨大的提高。例如,在目前商用主流弛豫基鐵電單晶Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-x Pb Ti O3(PMN-x PT)中,壓電系數(shù)可以達(dá)到d332800p C/N,機(jī)電耦合系數(shù)可以達(dá)到k3394%,這種優(yōu)異的壓電性能稱為巨壓電性。弛豫基鐵電單晶巨壓電性來源的探索對(duì)于其壓電性能的進(jìn)一步提高及新型壓電材料的設(shè)計(jì)有著重要的指導(dǎo)意義。在多種影響因素中,晶體結(jié)構(gòu)是影響弛豫基鐵電單晶性能的重要因素。對(duì)弛豫基鐵電單晶結(jié)構(gòu)的研究,是進(jìn)一步探索其巨壓電性來源的基礎(chǔ)。然而,到目前為止,對(duì)于弛豫基鐵電單晶的結(jié)構(gòu),尤其是對(duì)其準(zhǔn)同型相界(Morphotropic Phase Boundary,MPB)組分范圍單晶復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。針對(duì)目前存在的不足,本論文從以下幾個(gè)方面對(duì)PMN-x PT體系單晶的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。首先對(duì)PT組分連續(xù)變化的PMN-x PT(x=0.30-0.37)單晶相結(jié)構(gòu)及疇結(jié)構(gòu)隨組分的演變進(jìn)行了研究。利用高能同步輻射X射線衍射(Synchrotron radiation X-ray Diffraction,SXRD)從樣品PT組分為x=0.30的一端開始進(jìn)行連續(xù)的取點(diǎn)測(cè)試,并且轉(zhuǎn)動(dòng)樣品得到了倒空間H0L、0KL和HHL三個(gè)倒易面的高能SXRD衍射斑。結(jié)合典型樣品點(diǎn)的SXRD-3D-倒易空間成像(Reciprocal Space Mapping,RSM)及壓電力顯微鏡(Piezoresponse Force Microscopy,PFM)測(cè)試結(jié)果,對(duì)PMN-x PT體系單晶的相結(jié)構(gòu)和疇結(jié)構(gòu)隨組分的演變進(jìn)行了直觀而系統(tǒng)的分析。確定了樣品MPB組分區(qū)域單斜(Monoclinic,M)相的存在,在整體上確定了組分連續(xù)變化的PMN-x PT單晶相結(jié)構(gòu)隨組分的變化過程,并直觀的研究了不同的相過渡區(qū)域的結(jié)構(gòu)演變過程及特點(diǎn)。深入分析了T相組分范圍晶體的結(jié)構(gòu),確定了T相樣品區(qū)域中的孿疇組合的演變過程,并分析了不同的孿疇狀態(tài)下晶格的旋轉(zhuǎn)方向和角度。另外,在利用實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果對(duì)晶體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的同時(shí),利用分析得到的晶體結(jié)構(gòu)及典型樣品點(diǎn)的晶格參數(shù),對(duì)三個(gè)倒易面的其它高能SXRD衍射斑進(jìn)行定量模擬,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)照,對(duì)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。然后,選取MPB組分范圍內(nèi)兩相過渡區(qū)域的PMN-0.34PT單晶,對(duì)其相結(jié)構(gòu)及疇結(jié)構(gòu),及其在電場作用下的疇翻轉(zhuǎn)過程和特點(diǎn)進(jìn)行了研究。利用SXRD-3D-RSM衍射斑,直觀的分析了PMN-0.34PT單晶中的相共存狀態(tài),并且利用不同的衍射斑之間的過渡確定了本樣品中整體的孿疇組合。利用PFM掃描結(jié)果分析了疇結(jié)構(gòu)的分布,根據(jù)疇壁的取向和特點(diǎn)確定了樣品掃描區(qū)域MC相疇具體的孿疇組合,并計(jì)算出了此樣品中MC相自發(fā)極化的偏轉(zhuǎn)角度。在樣品上選取MC相疇區(qū)域,利用PFM導(dǎo)電探針施加逐步增加的探針針尖直流電壓進(jìn)行極化,每次極化后進(jìn)行原位PFM掃描,觀察疇結(jié)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)過程及疇壁的變化,并分析了不同種類的MC疇的翻轉(zhuǎn)特點(diǎn)。最后,選取MPB組分范圍附近的PMN-0.30PT單晶,對(duì)其相結(jié)構(gòu)和疇結(jié)構(gòu)隨溫度及外加電場的演變進(jìn)行了研究。利用介電溫譜的測(cè)試從整體上確定樣品的相變趨勢(shì),利用偏光顯微鏡和PFM直觀的觀察其疇結(jié)構(gòu)及相結(jié)構(gòu)隨溫度的演變。然后,利用變溫電滯回線(P-E)和電流-電場(I-E)曲線的測(cè)試,分析不同溫度下的晶體對(duì)外加電場的響應(yīng),得到了PMN-0.30PT單晶中容易發(fā)生場致相變且漏電現(xiàn)象較弱的溫度區(qū)間。隨后,在此溫度區(qū)間中選取一個(gè)溫度點(diǎn),利用偏光顯微鏡原位的研究了疇結(jié)構(gòu)在電場作用下的演變及場致相變過程,并研究了帶電場降溫過程中疇結(jié)構(gòu)及相結(jié)構(gòu)的演變。另外,觀測(cè)并分析了PMN-0.30PT單晶疇結(jié)構(gòu)在PFM探針針尖直流電壓作用下的翻轉(zhuǎn)過程,并研究了探針針尖直流電壓極化區(qū)域的疇結(jié)構(gòu)隨時(shí)間和溫度的演變趨勢(shì)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ134.33

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