[发明专利]弛豫铁电单晶铌钪酸铅

说明书

技术领域

本发明涉及一种晶体材料，特别是涉及一种弛豫铁电晶体材料。具体而言，本发明涉及到具有复合B位结构的一元铁电晶体，及其生长工艺、结构和电学性能。

背景技术

20世纪50年代末，前苏联学者Smolensky等人首次合成了具有复合钙钛矿结构的铌镁酸铅[Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃,简记为PMN]。PMN具有独特的铁电弛豫特性，即弥散相变和频率色散特性，这一现象将传统电解质理论认为无关联的弛豫现象和铁电现象联系到一起。后来，人们将PMN类材料称为弛豫铁电体，而将BaTiO₃等铁电材料称为普通铁电体或正常铁电体。自此，关于弛豫铁电体的研究引起了人们的广泛关注。弛豫铁电体与钛酸铅固溶形成的铁电固溶体表现出优异的压电性能，典型的如(1-x)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃(简称：PMN-PT)和(1-x)Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃(简称：PZN-PT)，其机电耦合系数k₃₃>90%，压电系数d₃₃>2000pC/N。弛豫铁电固溶体材料由于其超高的压电性能，成为新一代超声换能器、传感器和驱动器的核心压电材料。然而，PMN-PT和PZN-PT由于其居里温度低，且存在更低的相变温度，使其容易退极化，限制了实际应用的温度范围。因此，需要探索新的具有高居里温度的弛豫铁电体。

发明内容

本发明的目的在于公开一种弛豫铁电单晶Pb(Sc_1/2Nb_1/2)O₃，简称PSN。

为实现本发明目的，本发明采用如下技术方案：

本发明制备的弛豫铁电晶体铌钪酸铅，该晶体化学式为Pb(Sc_1/2Nb_1/2)O₃，属于钙钛矿型结构。

本发明采用顶部籽晶法生长，包括如下步骤：将初始原料PbO、Sc₂O₃和Nb₂O₅按照Pb(Sc_1/2Nb_1/2)O₃分子式的化学计量比进行称重，混合研磨，装入铂金坩埚，将坩埚放入熔盐炉，调中，籽晶用铂丝在籽晶杆一端绑好，把杆装在炉架上，调中，将炉子、坩埚和籽晶杆三者一起调中，保证其中心在一条直线上，盖好炉盖；升温至1080℃，恒温2d,下籽晶找生长点，尝试确定为1060℃，最终确定1060℃进行晶体生长，降温速率为2℃/d，降至1000℃时提起晶体，退火至室温，得到Pb(Sc_1/2Nb_1/2)O₃晶体样品。

本发明是基于寻找新型弛豫铁电晶体而进行的。PSN作为具有弛豫性的铁电材料，具有很好的研究价值。首先是晶体生长，通过反复的实验摸索，探索最佳的助熔剂和生长区间，最终得到质量较高的大块晶体，用X-射线粉末衍射确定结构，然后，对其电学性能进行测试分析。

附图说明

图1生长得到的PSN晶体

图2PSN晶体的粉末衍射图谱

图3PSN晶体的电滞回线

图4PSN晶体的介电温谱

具体实施方式

例1：采用顶部籽晶法生长PSN晶体。

(1)配料，按一定的化学计量比称取PbO、Sc₂O₃和Nb₂O₅原料，混合、研磨，装入铂金坩埚。

(2)绑籽晶，将切好的籽晶用铂丝绑在籽晶杆的一端。

(3)装炉，把坩埚放入熔盐炉中，籽晶杆固定在炉架上，调中，保证炉子、坩埚、籽晶三者的中心在一条直线上，盖好炉盖。

(4)生长，设定温控程序，升温至1080℃，恒温2d，下籽晶找饱和点，摸索确定为1060℃，2℃/d降温开始晶体生长。

(5)退火，温度降至1000℃左右，晶体尺寸足够大，慢慢提起晶体，2d降至室温，开炉取出晶体。

以上得到的样品即为本发明研制的铁电晶体如图1所示。

例2：陶瓷的结构确定。