铅基弛豫型铁电单晶研究进展及其应用

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1、第30卷第4期人工晶体学报Vol.30No.42001年11月JOURNALOFSYNTHETICCRYSTALSNovember，2001=======================================================铅基弛豫型铁电单晶研究进展及其应用郭益平，罗豪更生，徐海清，贺天厚，方必军，殷之文（中国科学院上海硅酸盐研究所，上海201800）摘要：铅基弛豫型铁电单晶由于其具有潜在的巨大商业和军用价值日益受到了人们的重视。本文主要对新型压电单晶的研究进展进行了较为全面的概述。并对其在电声换能技术中的应用前景进行了分析。同时指出了目前研究中存在的主要问题

2、并提出展望。关键词：铁电单晶；压电性能；电声换能中图分类号：O799文献标识码：A文章编号：1000-985X（2001）04-0330-07ProgressesinRelaxorFerroelectricSingleCrystalsandTheirPotentialApplicationGUOYi-ping，LUOHao-su，XUHai-qing，HETian-hou，FANGBi-jun，YINZhi-wen（ShanghaiInstituteofCeramics，ChineseAcademyofSciences，Shanghai201800，China）（Received19A

3、pril2001；accepted21May2001）Abstract：Thelead-basedrelaxorferroelectricsinglecrystalshavereceivedincreasingattentionfortheirpotentialapplicationinmanyfields.Thispapersummarizestheprogressesinpiezoelectriccrystals，andtheirpotentialapplicationinelectronacousticenergytransfersystem.Theproblemsassocia

4、tedwiththematerialswerediscussed.Thepromisingdevelopingdirectionwasalsopointedout.Keywords：ferroelectricsinglecrystal；piezoelectricproperties；electronacousticenergytransfer1引言具有钙钛矿结构的铅基弛豫型铁电材料的一般通式为P（bB1，B2）O3，其中B1为低价离子（如Mg2+，Zn2+，Ni2+，Sc3+，In3+等），B为高价离子（Nb5+，Ta5+或W6+）。这种弛豫型铁电相2与正常铁电相PbTiO（3PT）形

5、成一个准同型相界（MPB），与PZT一样，把三方相（假立方相）与四方相分开，如图1所示。该种弛豫型铁电单晶在最近十几年中受到了很大的重视。这是由于固溶体单晶在准同型相界附近（靠近三方相）表现出异常高的压电常数和机电耦合系数，因此收稿日期：2000-04-19；修订日期：2001-05-21基金项目：国家自然科学基金重大资助项目（59995520）；上海市科学技术发展基金项目（005207015，99XD14024）作者简介：郭益平（1973-），男，浙江省人，博士研究生。第4期郭益平等：铅基弛豫型铁电单晶研究进展及其应用331在医用超声成像、声纳等电声转换等高技术方面有非常诱人的应用前

6、景。正如Sciences275（1997）1878所介绍［1］：“这是铁电界50年来的一次激动人心的革命性突破。”和常用的压电材料PZT铁电陶瓷相比较，弛豫型铁电单晶［xPb（Zn1/3Nb2/3）O3（-1-x）PbTiO3］略为PZNT、xPb（Mg1/3Nb2/3）O3（-1-x）PbTiO3略为PMNT和xPb（Sc1/2Nb1/2）O3（-1-x）PbTiO3略为PSNT的压电常量d33、机电耦合系数k33从700pC/N和70%左右分别提高到了2000pC/N和92%以上，其应变比通常为0.1%左右的压电材料高出一个数量级，最高达到1.7%［2-6］。用弛豫型铁电单晶制备的

7、新一代相阵列式B型扫描超声探头，图像分辨率和频带宽度将大大提高［7-10］，可以大大提高诊断效率，可望代替传统的PZT陶瓷探头；另外，由于弛豫铁电单晶在电场作用下可以诱导出特别高的应变，因此可以在许多驱动器中得到应用。美、日等国家的许多大公司特别看好弛豫型铁电单晶的应用前景，近几年投入了Fig.1Phasediagramof（1-x）大量研究经费进行此类单晶的生长及B超和PMN-xPTatlowtemperature驱动器方面的应用研究。本文综