【摘 要】
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弛豫铁电体铌镁酸铅-钛酸铅(分子式为（1-x）Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-x Pb TiO3,简写为PMN-x PT)具有优异的压电性能,已经广泛应用在超声成像、海底测绘、无损探伤及压力传感器等方面。近年来,PMN-x PT基材料的压电、透光率等性能通过稀土元素掺杂和交流极化等方式得到大幅提高,使此类材料的应用前景更加广泛,再次成为铁电压电材料的研究热点。同时具有高压电性和高透过率的压电材料
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弛豫铁电体铌镁酸铅-钛酸铅(分子式为（1-x）Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-x Pb TiO3,简写为PMN-x PT)具有优异的压电性能,已经广泛应用在超声成像、海底测绘、无损探伤及压力传感器等方面。近年来,PMN-x PT基材料的压电、透光率等性能通过稀土元素掺杂和交流极化等方式得到大幅提高,使此类材料的应用前景更加广泛,再次成为铁电压电材料的研究热点。同时具有高压电性和高透过率的压电材料,可为力-电-光多功能耦合器件的研制打开一扇门,在透明压电触控传感器、光声成像透明换能器、透明驱动器等智能化器件和医学成像方面有着诱人的应用前景。然而制备同时具有高压电性和高透过率的压电陶瓷一直以来是一个较大的挑战。本文首先制备出具备高透过率和高压电性能的Eu掺杂PMN-28PT透明压电陶瓷（这将极大推进PMN-x PT陶瓷在透明压电领域的应用）;然后对所制得陶瓷的电学性能和微观结构进行了较为全面的表征,并且进一步探究了2.5 mol%Eu掺杂陶瓷的电畴结构,分析了不同电畴结构与压电、透明性能之间的关系;最后探究了极化方式对其压电性能和透光率的影响。主要结论如下:1.制备了不同Eu掺杂量（0、1、2、2.5、3 mol%）的PMN-28PT透明压电陶瓷。Eu的掺入使得晶面间结合更强,断裂方式由沿晶断裂转变为穿晶断裂,更加有利于陶瓷致密化和提升透光率。压电性能和透过率随着Eu掺杂的增加,呈现先上升后下降的趋势:2 mol%和2.5 mol%Eu掺杂陶瓷的压电系数d33均大于1400 pC/N;2.5 mol%Eu掺杂陶瓷的透光率最高,在波长为900 nm时可达到66%。综合来看,Eu掺杂量为2.5 mol%时各方面性能表现最好。2.通过SEM和PFM两种方法观察了2.5 mol%Eu掺杂PMN-28PT透明压电陶瓷的电畴结构。该陶瓷中,电畴结构主要包含水痕状和平行直条纹状两种电畴构型。其中,占主导地位的水痕状电畴的平均尺寸仅为250 nm,远低于可见光范围的下限,因此有利于可见光区域的透光。通过PFM应变回线测试发现平行条纹畴的翻转对电场更敏感,且引起的应变更大,所以平行条纹畴结构在提高压电响应方面起着重要作用。3.对2.5 mol%Eu掺杂PMN-28PT透明压电陶瓷进行交流极化,可以得到与直流极化相近的压电系数d33,而且相比于直流极化,交流极化的极化速度更快。在透过率方面,因为直流极化一般来说会降低陶瓷的透光率,所以探究交流极化是否可以维持或提高陶瓷的透光率具有重要的研究意义。但是,由于交流极化的影响因素较多,仍需要进一步探索。
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