[发明专利]三元铁电固溶体铌镥酸铅‑铌镁酸铅‑钛酸铅

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型铁电/压电陶瓷材料。具体而言，本发明涉及到具有MPB结构且居里温度相对较高的铁电材料xPb(Lu_1/2Nb_1/2)O₃-yPb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-(1-x-y)PbTiO₃，简记为PLN-PMN-PT或PLMNT，以及陶瓷的制备方法、结构和电学性能；属于功能材料学领域。

背景技术

铁电/压电陶瓷材料是一种具有压电性能的多晶体，是信息功能陶瓷的重要组成部分。其具有机电耦合系数高、价格便宜、易于批量生产等优点，已被广泛应用于社会生产的各个领域，尤其是在超声领域及电子科学技术领域中，压电陶瓷材料已逐渐处于绝对的优势支配地位。PZT（Pb(Zr_1-xTi_x)O₃）陶瓷是一种广泛应用于医学超声换能器、水声换能器、驱动器以及超声马达等方面的传统压电材料。自20世纪50年代以来在压电应用领域起着重要的作用。主要是由于PZT陶瓷存在准同型相界(MPB)，且MPB区域居里温度高、压电性强、稳定性好等优点，更重要是很容易通过掺杂改性以满足不同的需要。

随着MPB研究的深入，新的MPB在Relaxor-PT材料中被发现。弛豫铁电体可以形成固溶体并且表现出比PZT更优良的介电、压电性能，其中比较典型的就是(1-x)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)-xPbTiO₃（PMNT）和(1-x)Pb(Zn_1/3Nb_2/3)-xPbTiO₃ （PZNT）体系。该类单晶材料组分在MPB附近表现出高的机电耦合系数（k₃₃ > 90%）、超高压电系数（d₃₃ > 2000pC/N）和大的应变（>1%）而成为新一代的超声换能器、传感器和驱动器的核心压电材料。尽管PMNT 和 PZNT具有这些优异的性质，但其相对低的居里温度和更低的三方四方相变温度使这些材料容易退极化，进而降低了其压电性使用温度范围。为了克服这种缺陷，近年来国际上主要对含有PMN或PZN的三元和多元体系进行了研究，PYN-PMN-PT、PSN-PMN-PZT、PSN-PZN-PZT、PNN-PZN-PT、PZN-PZT等。

PLN陶瓷为典型的反铁电体，在270°C发生顺电相-反铁电相变，可以与PT形成准同型相界区域。Pb(Lu_1/2Nb_1/2)O₃-xPbTiO₃ (PLNT) 是目前具有居里点相对较高的弛豫铁电体，之前我们课题组做了大量关于PLNT单晶和陶瓷的研究，PLNT单晶表现出了超高的居里温度和较好的压电性能（E_c~360℃，d₃₃~1630pc/N，k₃₃~0.8），PLNT在高温领域的压电应用方面，将表现出巨大的前景和价值。

基于此，我们想通过引入PLN 来研究PLN-PMN-PT三元铁电体系，开展对PLN-PMN-PT三元体系不同组分的结构和介电、压电性能的系统研究，以求获得综合性能优异的新型铁电/压电材料。

发明内容

本发明的目的在于探索一种全新的铁电固溶体系xPb(Lu_1/2Nb_1/2)O₃-yPb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-(1-x-y)PbTiO₃，简称PLN-PMN-PT或PLMNT。

为实现本发明目的，本发明采用如下技术方案：