[发明专利]一种铌镥酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅三元系弛豫铁电单晶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种弛豫铁电单晶及其制备方法，具体说，是涉及一种铌镥酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅三元系弛豫铁电单晶及其制备方法，属于铁电/压电材料技术领域。

背景技术

铁电/压电材料由于具备优良的机电转换功能、响应速度快等优点，广泛应用于各种功能器件，在国民经济与国防安全中发挥着不可替代的重要作用。因此，有关弛豫铁电单晶制备、压电性能和应用研究已经成为铁电材料中的一个热点。

以Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃（PMNT）单晶为代表的具有复合钙钛矿型结构的弛豫铁电固溶体单晶，在三方-四方准同型相界（MPB）区域附近三方相的一侧具有优异的压电性能，其d₃₃和k₃₃分别可以达到2500pC/N和92%以上，最大应变量达到了1.7%，比常用的压电陶瓷PZT要高出一个数量级。然而在实际应用时，复合钙钛矿型固溶体材料的各种物理性能不仅和居里温度（T_c）密切相关，还和三方相与四方相的相变温度（T_rt）紧密联系。PMNT单晶的居里温度和三方-四方相变温度分别只有140℃和65℃，应用的温度范围受到了严格的限制。当温度超过相变温度T_rt时，PMNT单晶的压电性能会明显下降。此外，PMNT单晶的矫顽电场（E_c）也比较低（2-3kV/cm），限制了其在一些较大功率超声换能器中的应用。因此，提高压电单晶的居里温度和三方-四方相变温度，拓宽其温度使用范围，具有重要的研究价值。

为解决PMNT单晶的温度稳定性问题，近年来人们相继研究了一些高居里温度的铅基弛豫铁电单晶体系，如Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-PbTiO₃单晶(PINT)、Pb(Sc_1/2Nb_1/2)O₃-PbTiO₃单晶(PSNT)、Pb(Yb_1/2Nb_1/2)O₃-PbTiO₃单晶(PYNT)等，其居里温度和三方-四方相变温度最高可达350℃和200℃，接近常用的压电陶瓷材料，但是其晶体生长采用的是传统的助熔剂方法，通过自发成核所生长的单晶比较小，难于满足实际的应用要求。因此，研发一种具有高居里温度和高三方-四方相变温度的弛豫铁电单晶，将具有重要研究价值和社会意义。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种具有高居里温度和高三方-四方相变温度的铌镥酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅三元系弛豫铁电单晶及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种铌镥酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅三元系弛豫铁电单晶，具有如下化学通式：xPb(Lu_1/2Nb_1/2)O₃-yPb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-(1-x-y)PbTiO₃；简写为：xPLN-yPMN-(1-x-y)PT或PLMNT，其中PLN代表Pb(Lu_1/2Nb_1/2)O₃，PMN代表Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃，PT代表PbTiO₃；其中：0.1≤x≤0.4，0.2≤y≤0.6，但1-x-y≠0。

作为一种优选方案，所述x=0.1～0.3，所述y=0.4～0.6，且1-x-y=0.2～0.3。

一种制备上述铌镥酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅三元系弛豫铁电单晶的方法，为坩埚下降法，包括如下具体步骤：