弛豫铁电单晶PZNT的结构相变与热释电性能研究

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1、学号：10102103常州大学硕士学位论文弛豫铁电单晶PZNT的结构相变与热释电性能研究研究生潘姗姗指导教师方必军教授学科、专业名称材料物理与化学研究方向压电铁电单晶材料2015年3月ResearchonstructuralphasetransitionandpyroelectricpropertiesofPZNTrelaxorferroelectricsinglecrystalsADissertationSubmittedtoChangzhouUniversityByPanShan-shan(Mate

2、rialsChemistryandPhysics)DissertationSupervisor:Prof.FangBi-junMarch，2015常州大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下独立进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中以明确方式标明。本人已完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权的说明本学位

3、论文作者完全了解常州大学有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属常州大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。学位论文作者签名：签字日期：年月日导师签名：签字日期：年月日中文摘要弛豫铁电单晶Pb(Zn1/3Nb2

4、/3)O3-PbTiO（3PZNT）因为具有优异的介电、压电和铁电性能成为铁电领域的研究热点之一，有望在机电领域大放异彩。本论文使用的PZNT单晶是使用异质同构的Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3单晶做籽晶、通过改进的Bridgman法生长，研究不同组成的PZNT单晶（PZNT85/15、PZNT91/9、PZNT95/5）的介电性能、压电性能、铁电性能、热释电性能、电畴组态及光学性能。不同组成的PZNT单晶都呈现较纯的钙钛矿结构，没有杂相存在。随着PbTiO3（PT）含量的增加，PZNT单

5、晶发生成分诱导的结构相变，晶体结构从三方相结构、经过MPB向四方相结构连续变化。室温下，准同型相界附近的PZNT91/9单晶的介电常数最大，介电损耗最小。PZNT95/5单晶的介电温谱只有一个较宽的介电峰，显示出明显的频率弥散现象，接近于弛豫铁电体。PZNT91/9单晶的介电温谱出现了两个介电峰，说明存在三方-四方、四方-立方两个结构相变。PZNT85/15单晶的介电温谱只有一个较尖锐的介电峰，没有明显的频率色散现象，接近于正常铁电体。PZNT单晶极化后诱导出新的介电峰，与极化样品升温过程的电畴取向或微

6、畴-宏畴转变有关。PZNT85/15单晶的电滞回线接近矩形，剩余极化和矫顽场较大。PZNT95/5单晶的电滞回线较为狭长，有较大的剩余极化强度和较小的矫顽场。PZNT91/9单晶的电滞回线介于两者之间。PZNT85/15单晶(001)晶片的d33为530-570pC/N，PZNT95/5单晶(001)晶片的d33为1120-1180pC/N，PZNT91/9单晶(001)晶片的d33为2500pC/N，远优于其他两种组分，表明准同型相界附近的组成具有优异的压电性能。PZNT单晶室温性能稳定，易于加工，作

7、为热释电材料使用时最高使用温度可以达到70℃。室温下PZNT95/5、PZNT91/9、PZNT85/15单晶2的热释电系数分别为458、1713、460C/m·K。随着温度的升高，热释电系数几乎线性增加，表明热稳定性有待改善。PZNT91/9单晶中三方相和四方相共存，随着温度的升高，出现三方相-四方相的电畴转变，当温度高于居里温度时，电畴消失。在红外区间，不同组成的PZNT单晶产生不同的吸收中心。高频区间的吸收带是非对称的，存在高频拖尾现象，半峰宽较宽，与[Zn1/3Nb2/3]/Ti-O的正常“s

8、tretching”振动有关。低频区间的吸收带，与[Zn1/3Nb2/3]/Ti-O的正常“bending”振动有关。由于晶体组分的变化，红4+4+外吸收中心、吸收带发生变化，与(Zn1/3Nb2/3)取代Ti导致的晶胞参数、晶体结构及晶格能的变化有关。PZNT单晶在紫外-可见光区呈现较高的透过率，不同组成的PZNT单晶在480nm以上都没有明显的吸收，透射吸收边在380nm左右，对应着较低的电子能带间隙~3.16eV。PZNT单晶的升温红