[发明专利]一种铌钪酸铅‑铌镁酸铅‑钛酸铅‑锆酸铅铁电单晶材料

说明书

技术领域

本发明属于晶体技术和功能材料学领域，具体涉及一种铌钪酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅-锆酸铅铁电单晶材料。

背景技术

铌锌酸铅-钛酸铅[Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃，简记为PZN-PT]和铌镁酸铅-钛酸铅[Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃，简记为PMN-PT]弛豫型铁电单晶具有高压电常数、高介电常数、高应变、高储能密度等一系列极其优异的电学性能，但是与传统PZT 压电陶瓷相比，PMN-PT和PZN-PT单晶的三方-四方铁电相转变温度T_R-T较低，一般在90℃以下。因此，在较高工作温度下，PMN-PT和PZN-PT单晶不能够取代传统PZT 压电陶瓷，从而大大限制了其应用范围。比如在大功率密度超声传感器和驱动器、发射型水声换能器、汽车工业和航天设备中所用的宽温度区间传感器和执行器、电容器等领域，要求压电材料具有较高的三方-四方铁相变温度T_R-T，以保证其工作温度区间足够宽，PMN-PT和PZN-PT单晶显然不能满足使用要求。为此，研究者们对其它体系弛豫铁电材料的晶体生长进行了较广泛的探索和研究，目前报道的T_R-T较高且其它电学性能与PMN-PT和PZN-PT单晶相当的材料体系主要有铌钪酸铅-钛酸铅[Pb(Sc_1/2Nb_1/2)O₃-PbTiO₃,简记为PSN-PT], 铌镱酸铅-钛酸铅[Pb(Yb_1/2Nb_1/2)O₃-PbTiO₃,简记为PYN-PT]，铌铟酸铅-钛酸铅[Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-PbTiO₃,简记为PIN-PT]，但这类弛豫铁电单晶生长困难，很难获得高质量的大块单晶。

研究表明，PSN-PT弛豫铁电晶体生长目前主要面临两大难题：一是该材料熔点较高（T_m>1425℃，PMN-PT和PZN-PT的熔点均不超过1300℃），对晶体生长装置和坩埚有更高的要求，而且结晶困难，不易生长出大尺寸的单晶；二是原材料Sc₂O₃价格昂贵，不利于材料成本优势。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种铌钪酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅-锆酸铅铁电单晶材料。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种铌钪酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅-锆酸铅铁电单晶材料，该材料化学式为xPb(Sc_1/2Nb_1/2)O₃-yPb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-zPbTiO₃-(1-x-y-z)PbZrO₃，其中：0.04≤x≤0.06，0.50≤y≤0.60，0.30≤z≤0.35，1-x-y-z≠0，属于复合钙钛矿结构。

上述方案中，所述x=0.05～0.06，y=0.53～0.60，z=0.33～0.35，1-x-y-z=0.005～0.07。

上述方案中，优选组分为0.05Pb(Sc_1/2Nb_1/2)O₃-0.55Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.35PbTiO₃-0.05PbZrO₃。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明在PMN-PT体系中引入铌钪酸铅（PSN）和锆酸铅（PZ），将其改为四元体系PSN-PMN-PT-PZ，一方面与PMN-PT相比，在不降低压电性能的前提下可有效地提高T_R-T；PMN-PT晶体的三方-四方相变温度T_R-T一般低于90℃；而本发明四元体系PSN-PMN-PT-PZ晶体三方-四方相变温度T_R-T为104℃。