[發明專利]鈣鈦礦結構弛豫鐵電單晶鈮銦酸鉛?鈮鎂酸鉛?鈦酸鉛的制備方法

有效

• 申請號: 201310410388.8
• 申請日: 2013-09-10
• 公開（公告）號: CN104419984B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 羅豪甦;王西安;林迪;趙祥永;王升;徐海清;李曉兵;張海武;鄧昊;陳建偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C30B29/22
• 分類號: C30B29/22;C30B11/00
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙)31261
• 代理人: 曹芳玲,鄭優麗

技術領域

本發明涉及鈣鈦礦結構弛豫鐵電單晶材料的制備方法，具體地說，是涉及一種采用坩堝下降法(Bridgman法)制備鈮銦酸鉛-鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛弛豫鐵電單晶材料的方法，屬于晶體材料生長技術領域。?

背景技術

具有鈣鈦礦結構弛豫鐵電單晶是近年來成功制備并廣泛研究的具有多種用途的高性能功能材料。以目前已經進入應用的弛豫鐵電單晶鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛（（1-x）PMN-xPT（簡寫為PMNT或者PMN-PT）為例，其在準同型相界附近（x=0.30～0.34）具有優異的介電、壓電、鐵電和熱釋電性能（介電系數ε～4500，介電損耗tanδ～0.5%，壓電常數d₃₃～2500pC/N，機電耦合系數k₃₃～92%，應變S>1%，），相比常用的壓電材料PZT陶瓷有了一個巨大的提升。同時，其熱釋電系數在室溫下可達到12.8×10^-4Cm^-2K^-1，探測優值達到10.2×10^-5Pa^-1/2，遠遠優于其它普通熱釋電材料。優異的性能使得弛豫鐵電單晶在醫用超聲成像、聲納、無損探測、驅動器和紅外熱釋電探測等方面具有廣泛的應用前景。?

三元系鈣鈦礦弛豫鐵電單晶(1-x-y)Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-yPb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃（簡寫為：PIMNT或者PIN-PMN-PT）單晶不僅具有優異的機電性能，并且具有較寬的溫度使用范圍(居里溫度Tc:160～200℃，三方-四方相變溫度Tr/t:90～120℃)。相對于PMNT單晶，PIMNT單晶的矯頑場Ec增加2-3倍，Tc提高了40-50℃，Tr/t提高了30-40℃，可以極大地拓寬晶體的溫度使用范圍，也使得晶體在強場驅動下成為可能。因此，高性能、高居里溫度壓電單晶PIMNT具有遠高于目前高溫壓電陶瓷的機電性能，與PMNT單晶的性能大致相當，綜合性能優異，在未來機電方面極具有廣泛應用前景。例如本發明人在中國專利CN101985775A中公開了一種PIMNT單晶材料及其制備方法，其中采用改進的Bridgman法通過原料處理、升溫熔化、坩堝下降生長、以及降溫晶體生長制備PIMNT單晶材料，有效克服了PMNT單晶居里點太低以及PINT單晶結晶較困難的問題。中國專利CN102925959A也公開了一種新型弛豫鐵電單晶PIMNT的坩堝下降法生長工藝，有效克服了高溫富鉛熔體的滲漏現象。?

然而到目前為止，三元系鐵電單晶PIMNT尚未實際應用。這是因為PIMNT單晶的組份分凝較大，高性能晶片區域較小，晶體可利用率低，導致晶體成本較高，晶片較為昂?貴，使得三元系PIMNT單晶樣品難以大批量生長和應用。同時，PIMNT單晶不同晶體取向生長，需要不同的生長環境，應該采用最合適的生長參數。盡管改變溫度梯度、生長速度能夠對于晶體均勻性發生影響，然而即使有限生長參數的變更，同時又會導致開裂、包絡物、成核困難等問題，影響晶體生長與質量，使得PIMNT單晶的生長更為困難。?

目前，針對弛豫鐵電單晶PIMNT還沒有能夠有效抑制組份分凝對于生長高性能晶體，提高利用率的有力方法。?

發明內容

本發明針對上述現有技術所存在的缺陷和問題，目的在于提供一種采用改進的Bridgman法通過多次生長制備鈮銦酸鉛-鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛三元系弛豫鐵電單晶材料，以解決現有技術中的PIMNT單晶組份分凝嚴重，高性能晶片區域小，晶體利用率較低，成本高，使得PIMNT單晶大批量制備和應用的困難，實現組份可控的大尺寸PIMNT晶體生長，為弛豫鐵電功能材料應用領域提供一類可以實際應用的產品，滿足醫用超聲成像、聲納、無損探測、驅動器和紅外熱釋電探測等方面的應用需求。?

在此，本發明提供一種鈣鈦礦結構弛豫鐵電單晶鈮銦酸鉛-鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛的制備方法，所述鈣鈦礦結構弛豫鐵電單晶鈮銦酸鉛-鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛的化學組成為(1-x-y)Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-yPb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃，其中x=0.20～0.45，y=0.15～0.70，所述制備方法包括如下步驟：?