四方相铌镁酸铅—钛酸铅(PMN—PT)铁电单晶的弹性、介电、压电和机电性能
第１８卷 第２期
２００３年３月 无机材料学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｖｏ１．１８，Ｎｏ．２
Ｍａｒ．，２００３
文章编号：１０００—３２４Ｘ（２００３）０２—０４６５—０５
四方相铌镁酸铅一钛酸铅（ＰＭＮ—ＰＴ）铁电单晶的弹性、
介电、压电和机电性能
曹 虎，方必军，徐海清，罗豪廷
（中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室，上海嘉
定２０１８００）
摘 要：研究了四方相弛豫铁电单晶Ｐｂ（Ｍｇｘ／３Ｎｂ２／３）０３—３８％ＰｂＴｉＯ３（ＰＭＮＴ６２／３８）的介
温特性，并利用ＨＰ４１９２Ａ阻抗分析仪测量了ＰＭＮＴ６２／３８单晶完整的一套弹性、介电、压 电和机电耦合系数，为理论研究和器件设计提供了参考，其居里点 ￣－，１７４。Ｃ；压电应变常 量ｄ３３￣３００ｐＣ／Ｎ；介电常数ｇ３３－－，７３４，ｇｌｌ￣４３０１；机电耦合因数ｋ３３－－，８４．６％，ｋｔ－－，６０．８％，
ｋ３１－－，４４．５％．ｋｘ５－－，４５．９％． 关键词：ＰＭＮ－ＰＴ单晶；弹性、介电、压电和机电耦合系数；谐振一反谐振法
中图分类号：Ｏ ７３８ 文献标识码：Ａ
１引言
铅基复合钙钛矿弛豫铁电单晶（１一ｘ）Ｐｂ（Ｍｇ，／３Ｎｂ２／３）０３一ｘＰｂＴｉＯ３（ＰＭＮＴ）和（１一ｙ）Ｐｂ
（Ｚｎｌ／３Ｎｂ２／３）０３一ｙＰｂＴｉＯ３（ＰＺＮＴ）的成功生长被认为是铁电界领域５０年历史中的一次激动人
心的突破【ｌＪ＿它们的压电常量ｄ３３可达１５００￣２０００ｐＣ／Ｎ，机电耦合系数ｋ３３可达０．９２－，，０．９４，电
致伸缩应变最大可达１．７％【２Ｊ＇而Ｐｂ（Ｚｒ Ｔｉ１－ｘ）０３（ＰＺＴ）压电陶瓷的机电耦合系数ｋ３３—０．７５，
压电常量ｄ３３￣７００ｐＣ／Ｎ［引．如此优异的压电和电致伸缩性能使得ＰＭＮＴ和ＰＺＮＴ单晶能在
超声换能与机电转换领域获得重要应用．
ＰＭＮＴ单晶是复合钙钛矿结构的固溶体，高温呈顺电相结构（Ｐｍ３ｍ），温度降低时，随着
ＰＴ含量的不同，呈现三方铁电相（Ｒ３ｍ）或四方铁电相（Ｐ４ｍｍ）．在ｘ＝０．３３￣０．３５时，存在一
个三方和四方相共存的准同型相界（ＭＰＢ）．Ｐｂ（Ｍｇｌ／３Ｎｂ２／３）０３—３８％ＰｂＴｉＯ３（ＰＭＮＴ６２／３８）的
ＰＴ含量为３８ｍｏｉ％，已偏离了准同型相界附近的组成，室温下呈四方相，自发极化沿＜００１＞
方向．目前许多有关弛豫铁电单晶ＰＭＮＴ的工作主要集中在相界附近和偏三方组成的介电
和压电性能，而对于四方相的ＰＭＮＴ单晶的介电性能和压电性能报道的文章相对较少．本
文主要利用ＨＰ４１９２Ａ阻抗分析仪来研究ＰＭＮＴ６２／３８单晶的介温特性并测量一套完整的弹
性、介电、压电和机电耦合系数，为理论研究和器件设计提供一套完整的数据，以便更好的
了解ＰＭＮＴ铁电单晶．
收稿日期：２００２－０２－０１，收到修改稿日期：２００２－０３－０８ 基金项目ｔ国家自然科学基金（５９９９５５２０）；上海市基金（００５２０７０１５） 作者简介Ｉ一 虎（１９７６＿－），男，硬士研究生． Ｅ－ｍａｉｌ：ｃａｏｈｕＱｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｒｎ
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Ｚ
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图１测量ＰＭＮＴ６２／３８单晶的弹性、介电、压电 和机电耦合系数的五种不同振动模式的样品切型示
意图 Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｖｅ ｔｅｓｔ ｓａｍｐｌｅｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｆｕＩＩ ｓｅｔ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｈａｒＲｃ－
ｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＭＮＴ６２／３８ ｃｒｙｓｔａｌｓ ２晶体生长与实验
采用改进的Ｂｒｉｄｇｍａｎ法【４，５】进行
ＰＭＮＴ６２／３８单晶的生长．ＰＭＮＴ６２／３８单
晶的结构用粉末ＸＲＤ确定．用Ｌａｕｅ衍射
法确定晶体的两个结晶学平面： （１００）面
和（１１０）面．图１是测量ＰＭＮＴ６２／３８单晶
机电性能的五种ｚ一切样品的示意图．五种
样品的尺寸由ＩＥＥＥ压电标准【６】决定．为
了减少晶体生长过程中由于分凝【７】引起的
组分不一致而导致的测量误差，测试用的
样品尽量从同一部位切割．居里温度能较
好的反映出材料的组成，因此样品尽量选
取居里温度（ ）比较接近的晶片．样品表
面镀上烧银电极，在ｌｋＶ／ｍｍ的电场下极
化．ＰＭＮＴ６２／３８单晶的介温特性和谐振性
能用ＨＰ４１９２Ａ低频阻抗分析仪测得．表Ｉ
列出了五种测试用样品的尺寸，居里温度
和用谐振法测得的不同振动模式的谐振频
率和反谐振频率及其由此计算的机电耦合
系数．
表１ ＰＭＮＴ６２／３８单晶的五种不同振动模式的样品尺寸，居里温度及其谐振频率和反谐振频率及其由 此计算得来的机电耦合系数
Ｔａｂｌｅ １ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ，ｃｕｒｉｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（ ），ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ａｎｄ ａｎｔｉ－ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ａｎｄ
ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｏｆ ｆｉｖｅ ｔｅｓｔ ｓａｍｐｌｅｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｓ ｆｏｒ
ＰＭＮＴ６２／３Ｓ ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ
自由介电常量￡ ，￡ 和受夹介电常量￡嘉，￡ 通过样品的低频电容（１ｋＨｚ）和高频电容
（１０ＭＨｚ）计算得到；弹性顺度系数ｓ嚣，ｓ嚣＜１１ｏ＞和机电耦合系数 ３１，ｋ３１＜１１０＞可以从长条片
的横向伸缩振动模式测得的谐振和反谐振频率计算得来，同样，ｓ器和ｋ３３由棒的纵向长度
伸缩振动模式确定，弹性刚度系数ｃ翕和ｋ ５由面切变振动模式确定；ｃ磊和ｋｔ由厚度振动
模式确定．其它系数可以通过四套压电方程得到．样品的密度可以根据阿基米德原理测得．
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３结果和讨论
３．１ ＰＭＮＴ６２／３８单晶的介温特性
ＰＭＮ的顺电一铁电相变属典型的弥散型相变，而ＰＴ的相变则属于普通的一级相变．
作为压电材料的ＰＭＮ．ＰＴ的固溶体，其组成处于两者之间，相变的弥散程度随ＰＴ含量的 增加而减小，到ＰＴ含量＞３４ｍｏ１％时，变为
普通铁电体Ｉｓ】．粉末ＸＲＤ确定ＰＭＮＴ６２／３８
单晶在室温下是四方相（图２）．图３是
ＰＭＮＴ６２／３８单晶极化和退极化的介电常
数实部￡ｒ与温度和频率（１，￣１００ｋＨｚ）的
关系．从图２中可看出，极化和退极化的
ＰＭＮＴ６２／３８单晶样品的介温特性呈现了一
级相变的特征：在测试的温度范围内，介
电常量无明显的频率色散现象，并且在相
变温度附近，介电常数急剧升高出现最大
值，介电峰尖锐；此外，一个明显的热滞被
观察到：升温过程中的铁电一顺电相变发生
在１７６．９。Ｃ，降温过程中的顺电．铁电相变 图２ ＰＭＮＴ６２／３Ｓ单晶组成的粉末ＸＲＤ
Ｆｉｇ．２ ＸＲＤ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ＰＭＮＴ６２／３８ ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ
— ｏ ＝
Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆＣ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ／℃
图３ ＰＭＮＴ６２／３８单晶（００１）切型的样品在不同频率下（１，，￣１００ｋＨｚ）的介电温度特性
Ｆｉｇ．３ Ｔｅｍｐｅｒａｔｍｒｅ ａｎｄ￣ｅｑｕｅｎｃｙ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ￡ｒ ｆｏｒ（００１）ｏｒｉｅｎｔｅｄ ＰＭＮＴ６２／３８ ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ（１￣１００ｋＨｚ）
（ａ）Ｔｈｅ ｐｏｌｅｄ ｓａｍｐｌｅ（ｈｅａｔｉｎｇ ｕｐ）；（ｂ）Ｔｈｅ ｄｅｐｏｌｅｄ ｓａｍｐｌｅ（１ｏｗｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）
发生在１６８．５。Ｃ．对于四方相ＰＭＮＴ６２／３８单晶来说，在晶体生长过程中的降温阶段，当温度
降低到居里温度以下时会发生从立方顺电相（ＰＥ）一四方铁电相（ＦＥ）的相变．由于四方铁电
相有六个对称等效的＜００１＞自发极化取向，晶体处于多畴状态．极化时，在外加电场的作
用下，偶极子沿着最接近电场的方向择优取向．偶极子沿着电场方向的旋转，导致晶体中
电畴结构的变化，四方相单畴区增大，畴壁体积减小，必然对材料的介电性能产生很大影 ｌＩＩｌ；｛§ ；｛ｉ｝ｆ；｝｝｛
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响．当样品降温经过居里温度时，发生四方ＦＥ－立方ＰＥ相变，晶体又回到多畴状态，因而
室温下测得的样品极化后的介电常数小于退极化后介电常数，分别为７６０和１１５０．
３．２ ＰＭＮＴ６２／３８单晶的弹性、介电、压电和机电耦合系数
表２列出了ＰＭＮＴ６２／３８单晶完整的一套弹性、介电、压电和机电耦合系数．为了便于
比较，同时列出了Ｎａｖｙ Ｔｙｐｅ ＶＩ陶瓷的机电性能参数（表３）．ＰＭＮＴ６２／３８的‰， ３１和ｋ３３
表２ ＰＭＮＴ６２／３８单晶的弹性、介电、压电和机电耦合系数（ｐ：８．０９３／１０。ｋｇ・ｍ－３）
Ｔａｂｌｅ ２ Ｍｅａｓｕｒｅｄ ａｎｄ ｄｅｒｉｖｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＰＭＮＴ６２／３８ ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｐｏｌｅｄ ａｌｏｎｇ【００１】（ｐ－－８．０９３／１０。ｋｇ・ｍ－３）
表３ Ｎａｖｙ Ｔｙｐｅ ＶＩ陶瓷的机电性能
Ｔａｂｌｅ ３ Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｎａｖｙ Ｔｙｐｅ ＶＩ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｆｒｏｍ【９，１０】
都比Ｎａｖｙ Ｔｙｐｅ ＶＩ陶瓷高，分别为０．６０，０．４４６和０．８４６，大于Ｎａｖｙ Ｔｙｐｅ ＶＩ陶瓷的０．５０，
０．３９和０．７５．有些ＰＭＮＴ６２／３８单晶的ｋ３３能达到０．８９，已经很接近三方相ＰＭＮＴ６７／３３的
ｋ３３（０．９２，－－０．９４），这对于医用超声探头，驱动器等应用来说，具有特别重要意义．此外从介电
温谱来看，四方相的ＰＭＮＴ６２／３８同三方相的ＰＭＮＴ６７／３３又有显著的不同．虽然ＭＮＴ６７／３３
单晶的ｋ３３能达到０．９１，ｋｔ一０．６２［１１】，然而极化后的介温曲线在８０。Ｃ左右有一个三方相到四
方相的相变小峰【
４】，材料的性能随温度的变化波动较大，这对于一些器件的应用是一个不 维普资讯 http://www.cqvip.com
压电
压电复合材料
压电复合材料是由压电相材料与非压电相材料按照一定的连通方式组合在一起而构成的一种具有压电效应的复合材料。与压电陶瓷相比较具有更低的密度和声阻抗，从而使其与生物体、非金属材料、水与气体介质有着更好的匹配特性；其Qm值比普通压电陶瓷低2-3个数量级，使其很适合制作宽带窄脉冲换能器；压电复合材料具有较高的接收电压灵敏度；其平面机电耦合系数要小于普通压电陶瓷的平面机电耦合系数，使能量更能集中于厚度模。因此压电复合材料在料位、液位传感器；医疗探头；无机非金属材料无损检测超声领域；声纳、水听器、深度仪、鱼探仪等水声领域；声学成象、机器人领域都有巨大的应用前景。目前世界压电复合材料的市场前景相当可观，其在军事领域的作用也是巨大的，用其制作的被动声纳换能器，作用距离可以提高1-3倍，因此，压电复合材料的研究，无论是在民用方面还是军事领域都具有非常重要的意义。
一：
1压电效应
某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷， 当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态。这种现象称压电效应（Piezoelectric Effect）。
正压电效应：机械能转化为电能
逆压电效应：当在电介质极化方向施加电场，这些电介质也会产生几何变形，即电致伸缩效应。
——具有压电效应的压电材料 可以实现机械能和电能的相互转化。
正压电效应的电位移与施加的应力有：D=dT
逆压电效应的应变与施加的电场强度有：S=dE
——d为压电常数
2压电材料
①压电晶体，主要包括压电石英晶体和其它压电单晶。
②压电陶瓷
一元系：钛酸铅(PT)
二元系：锆钛酸铅系列PbTiO3-PbZrO3(PZT)和铌酸盐系列KNbO3-PbNb2O3
三元系：PMN 由铌镁酸铅Pb(Mg1/3Nb2/3)O3钛酸铅PbTiO3-锆钛酸铅PbZrO3三成分配比而成
四元系：综合性能更加优越
水声换能器研究现状与发展
Journal of Sensor Technology and Application 传感器技术与应用, 2023, 11(2), 194-201
Published Online March 2023 in Hans. https:///journal/jsta https:///10.12677/jsta.2023.112021
文章引用: 吴锐锋, 王一博, 胡童颖, 崔廷放. 水声换能器研究现状与发展[J]. 传感器技术与应用, 2023, 11(2): 194-201.
DOI: 10.12677/jsta.2023.112021
水声换能器研究现状与发展
吴锐锋，王一博，胡童颖，崔廷放
广州海洋地质调查局，广东 广州
收稿日期：2023年1月3日；录用日期：2023年3月22日；发布日期：2023年3月31日
摘 要 水声换能器在现代海洋军事与海洋资源开发中有着举足轻重的地位。本文通过阐述水声换能器功能性材料技术、换能器、水听器技术取得的国内外领先成果和应用现状，最后对我国水声换能器的发展动态谈
些认识与展望。
关键词
水声换能器，水听器技术，发展动态
Progress and Development of Underwater
Acoustic Transducer
Ruifeng Wu, Yibo Wang, Tongying Hu, Tingfang Cui
Guangzhou Marine Geological Survey, Guangzhou Guangdong
Received: Jan. 3rd, 2023; accepted: Mar. 22nd, 2023; published: Mar. 31st, 2023
Abstract
Underwater acoustic transducer plays a pivotal role in modern marine military and marine re-
PMN-PT
2014 年 春 季学期研究生课程考核
（读书报告、研究报告）
考 核 科 目：现代光学材料与技术选讲
学生所在院（系）： 理学院物理系
学生所在学科：
姓 名：
学 号：
学 生 类 别：统招
题目： PMN-PT功能材料
PMN-PT功能材料
1、 PMT-PT功能材料的定义及性质研究
PMN—PT它是一种新型驰豫型铁电体，由于具有优越的压电性备受关注。PMN-PT光电透明陶瓷属于钙钛矿型多晶结构，可以用ABO3表示:(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PMN-PT)。其中A位为Pb元素，B位为Mg、Nb和Ti元素。为了达到最佳的透光效果和电光系数，某些元素如Ba或La被加入到PMN-PT中，部分取代A位的Pb元素。PMN-PT材料成分分布被分为3个主要区域:二次方区、存储区和线性区。光电材料的成分主要分布在二次方区域，且二次方区域的x取值为0.1～0.35。PMN—PT是具有各向同性的最小能量稳定结构和易被扭曲的电场。在外电场作用下，所有的畴都倾向于外电场排列，即发生极化，光就会产生双折射，从而表现出很强的电光效应。下图所示为3ABO型钙钛矿石基本结构单元。
图1 3ABO型钙钛矿石基本结构单元
2、 PMT-PT的制备工艺
2.1.氛化物固相反应法
要求反复高温锻烧(>900℃)和长时间保温(一24h)，使在较低温度下首先生成的烧绿石相转变为钙钦矿相。重复锻烧过程增大了钙钦矿相量，但因为Mgo与烧绿石相反应的活性低，仍然有较多的烧绿石相存在。
2.2、二步合成法
烧绿石相在较低温度下就能生成，而且很难转变为钙钦矿相。二步合成法就是要通过形成一种中间物质来绕过烧绿石相的形成过程，依据中间物质的不同，主要有两种。（1）铌铁矿法：gMO和25NbO预先反应合成妮铁MgNb2O6，其结构与PMN的结构很相似，然后与扩散能力强的PbO与之反应生成PMN。（2）钨猛铁矿法：PbO和25NbO首先合成钨锰铁矿32bPNbO:等B空位的中间物质，然后与gMO合成钙钦矿型PMN陶瓷。这里，gMO的反应活性是制备PMN钙钦矿相的关键。
流延成型法制备0.655Pb(Mg1／3Nb2／3)O3—0.345PbTiO3压电陶瓷及其性能研究
流延成型法制备0.655Pb（Mg1／3Nb2／3）O3—0.345PbTiO3压电陶瓷及其性能研究
本文首先利用前驱体法制备具有纯铌铁矿相结构MgNb2O6前驱体，随后采用流延成型法制备纯钙钛矿相的0.655Pb（Mg1/3Nb2/3）O3—0.345PbTiO3（0.655PMN—0.345PT）压电陶瓷。通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜等，研究了烧结温度对压电陶瓷的物理性能，显微组织和电性能的影响。结果表明，前驱体法可以有效抑制焦绿石相的形成;烧结温度为1200℃时所制得陶瓷的综合性能最好，其压电常数d33为700pC/N，机电耦合系数kp为0.605，介电常数εr为4.77×103，介电损耗tanδ为0.016，剩余极化强度Pr为30.68μC/cm2。与传统的固相烧结法制备的陶瓷比较，流延成型法所制得的压电陶瓷性能更优。
标签：PMN-PT;流延成型;前驱体法;微观结构;物理性能;电性能
PMN-PT压电陶瓷是近年来广泛研究和迅速发展的一种新型功能材料，它具有优异的压电、介电和铁电性能，同时具备相对低的烧结温度、弥散相变和频率色散，被认为是新一代多层陶瓷电容器的最佳候选材料。由于它具有较大的电致伸缩效应及较小的电致应变滞后，其回零性和重现性好，因此在微位移器、制动器、机敏材料与器件等方面具有广阔的应用前景。另外，随着铁电存储技术、微光电子机械和MEMS集成电子学的发展，压电薄膜的制备和应用也成为当前的研究热点。
制备PMN-PT压电陶瓷的工艺方法有很多，常见的工艺如固相烧结法，半化学法，熔盐法及氧化物混合法等。但是在制备PMN基陶瓷材料粉体时，遇到一个严重的问题（采用一般的工艺很难获得纯钙钛矿相的粉体），
总是存在着一定的焦绿石相，而焦绿石相的存在会严重恶化压电陶瓷材料的介电性能。随着压电陶瓷在半导体集成、航空航天及生物医学等高精密领域的应用，这对陶瓷基体的物理性能及电性能提出了更高的要求。因此近年来一些新工艺新方法被不断的应用在压电陶瓷的制备上。
铌镁酸铅、钛酸铅系材料介电性能研究
铌镁酸铅、钛酸铅系材料介电性能研究
刘建安;张梅梅;刘士珍
【期刊名称】《山东轻工业学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2002(016)004
【摘 要】本文主要是对Pb(Mg1/3Bb2/3)O3与PbTiO3混合后材料的介电性能作了研究,分析了随着Pb-TiO3含量的增加,材料的介电常数、居里温度的变化并通过测定样品的烧成密度确定材料的烧成制度.
【总页数】4页(P53-56)
【作 者】刘建安;张梅梅;刘士珍
【作者单位】山东轻工业学院,材料科学与工程系,山东,济南,250100;山东轻工业学院,材料科学与工程系,山东,济南,250100;山东省第二高级技校,山东,聊城,252000
【正文语种】中 文
【中图分类】TB34
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弛豫铁电单晶铌镁酸铅-钛酸铅的工程畴结构研究
第３１卷第３期
２０１１年５月 大庆师范学院学报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＤＡＱＩＮＧ ＮＯＲＭＡＬ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ Ｖｏ１．３ｌ Ｎｏ．３
Ｍａｙ，２０１１
口物理学
弛豫铁电单晶铌镁酸铅一钛酸铅的工程畴结构研究
张锐 ，项阳 ，李秀明。
（１．哈尔滨工业大学凝聚态科学与技术研究中心，黑龙江哈尔滨１５００８０；
２．大庆师范学院物理－９电气信息工程学院，黑龙江大庆１６３７１２）
摘要：综述了目前对铁电晶体畴结构进行观测的主要技术方法，及国内外相关研究单位对新型弛豫铁电单晶铌
镁酸铅一钛酸铅［（１一ｘ）Ｐｂ（Ｍｇ Ｎｂ ，）０。一ｘＰｂＴｉＯ，（ＰＭＮ—ｘＰＴ）］的工程畴结构的研究进展。以往的研究表明，该类
单晶的机电性能与其工程畴结构之间存在着密不可分的关系，这些研究结果对阐明ＰＭＮ－ｘＰＴ单晶在不同极化方
向与工程畴结构状态下，其优异机电性能的起源机制与发生规律，进而指导剪切波换能器、垂直极化方向的大应变
驱动器等电机器件的设计与制作，具有重要的理论意义与实际应用价值。
关键词：铁电学；单晶体；畴结构；极化；机电性能
作者简介：张锐（１９７３一），男，黑龙江哈尔滨人，哈尔滨工业大学理学院物理系教授，博士生导师，从事弛豫型铁电
ＰＭＮ—ＰＴ和ＰＺＮ—ＰＴ单晶测试理论与技术方法研究。
中图分类号：ＴＭ２２１．０５１ 文献标识码：Ａ文章编号：２０９５—００６３（２０１１）０３—００８４－０４收稿日期：２０１０－１０—１５
０ 引言
铁电晶体材料是一类重要的功能材料，该类材料因具有非线性光学效应、铁电开关等特性，使其在微
电子、光电子等领域获得了广泛的应用。铁电畴是铁电材料物理性质的结构基础，铁电畴结构及畴动力学
运动规律直接决定了铁电体物理性质及其应用方向。多年来，人们已经开发了多种观测铁电畴结构的技
术方法。如偏光显微技术 ］、压电力显微镜 ］、原子力显微镜技术 、扫描电子显微技术 、ｘ射线形貌
压电用PMNT单晶---介绍
压电⽤PMNT单晶---介绍
铁电知识
铁电单晶介绍
⼆⼗世纪的前五⼗年，⼏乎所有的压电材料都是单晶(如压电⽔晶)；后来，五⼗年代的钛酸钡(BTO)陶瓷和六⼗年代锆钛
酸铅(PZT)陶瓷因为⾼的压电系数(d33～700pC/N)和机电耦合系数(k33～75%)得以发展，⾃从那时，PZT压电陶瓷就在压电
材料领域中占有主要地位了。⽽⼋⼗年代初，铌镁钛酸铅(PMNT)和铌锌钛酸铅(PZNT)弛豫铁电单晶在<001>⽅向上的超⾼的
压电性能(d33～2000pC/N, k33～90%)和超⼤的场致应变(～1.5%)为⼈们所发现，被称为"50年来铁电领域的⼀次激动⼈⼼的
⾰命"，这类的弛豫铁电单晶有望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，带来⽔声换能器等的⼤带宽和
⾼能量密度，从⽽不仅成为国际上科学研究的热点，也成为各个⼤公司如GE和Philips等进⾏新⼀代压电换能器件研发的核⼼
材料。
中国科学院上海硅酸盐研究所，世界范围内⾸次⽤改进的Bridgman法⽣长出了⾼质量的⼤尺⼨弛豫铁电单晶PMNT(Φ55mm×80mm)，⽽且可以⼩批量的规模化⽣产，得到了国际同⾏的密切关注，也使得PMNT单晶成为最有前途的新
型压电单晶材料，同时本课题组还可以⽣长其他⽣产⼀系列的弛豫铁电单晶，如铌锌酸铅-钛酸铅(PZNT)单晶、铌铟酸铅-钛酸
铅(PINT)单晶、铌镁钪酸铅-钛酸铅(PSMNT)单晶，这些单晶材料都可以按照客户的要求进⾏不同组成、掺杂、加⼯要求(如晶
向和⼤⼩)来进⾏制备。这些单晶具有优异的压电性能，最近⼜发现了其优异的⾮线性光学性能和热释电性能，使得它们不仅
可以满⾜应⽤需要成为新⼀代⾼性能压电换能器、⾮线性光学器件和光电探测器件(如红外探测器)的核⼼材料，⽽且还为⼴⼤
的科研⼈员提供了良好的研究载体，成为国际上相关领域的研究热点。
伸缩压电模式：d33： 2000 pC/N
长度谐振N33： 660 kHz×mm
压电材料的研究(最新整理)
摘要：本文阐述了各类新型压电材料的性能和应用。从压电材料的
压电效应入手， 介绍了压电材料的分类及发展应用。针对不同类型
的压电材料在实际生活中的应用情况，概述了近年压电材料的研究
状况，并系统地简介了压电材料在各个领域的应用和发展。
关键词：压电材料 压电效应 压电材料的分类 研究方向 实际应用
压电材料的应用遍及大家日常生活的各个角落，人们几乎每天都在应用压
电材料。香烟、电热水器、汽车发动机等的点火装置要用到压电点火器；电子
手表、声控门、电话等要用到压电谐振器或者是蜂鸣器；收音机要用到压电微
音器、压电扬声器；数码相机要用到压电马达等等。
压电材料不仅在工业和民用产品上使用广泛，在军事上也有大量应用。雷
达、军用通讯和导航设备等都需要大量的压电陶瓷滤波器和压电SAW滤波器。
压电材料还应用于结构缺陷的识别、柔性结构振动的控制以及医学上的免疫检测、人工耳蜗等。
一、压电材料与压电效应
1880年，法国物理学家居里兄弟发现：把重物放在石英晶体上，晶体
的表面会产生电荷，产生的电荷量与其承受的压力成比例，这一发现被称
为压电效应。随即，居里兄弟又发现了逆压电效应：即在外电场作用下，
压电体会产生形变。
压电效应表现为：当某些电介质在一定方向上受到外力的作用而发生形变
时，其内部会发生极化现象，同时在它的两端出现正负相反的电荷，当作用力
的方向改变时，电荷的极性也随之改变，受力所产生的电荷量与外力的大小成
正比。当去除外力后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。
正压电效应是把机械能转换为电能，逆压电效应是把电能转换为机械能。二、压电材料的分类
我们可以将压电材料分为以下六类：
（1）单晶材料，如石英、磷酸二氢氨等；压电单晶体，是指按晶体空间点阵长程有序生长而成的晶体。这种晶体结
构无对称中心，因此具有压电性。如水晶（石英晶体）、镓酸锂、锗酸锂、锗酸
钛以及铁晶体管铌酸锂、钽酸锂等。
（2）陶瓷材料，如锆钛酸材料、钛酸铅材料；
压电陶瓷，是指用必要成份的原料进行混合、成型、高温烧结，由粉粒之
压电材料
压电材料
1低温烧结大功率压电陶瓷变压器材料及其制造方法
本发明涉及一种压电陶瓷变压器材料及其制造方法。在铌镁酸铅(Pd(Mg1/3Nb2/3)O3)，铌锰酸铅(Pd(Mn1/3Nb2/3)O3)，钛酸铅(PbTiO3)和锆酸铅(PbZrO3)(PMMN)四元系压电陶瓷中掺入低熔点氧化物SiO2(氧化硅)、Bi2O3(氧化铋)及CdO(氧化镉)。本发明的优点在于：材料性能更完善、环境污染小、耗能及成本低，可在低温下制备。
2压电陶瓷/聚合物复合材料的新制备方法
一种压电陶瓷/聚合物复合材料的新制备方法，以解决压电陶瓷/聚合物复合材料界面结合差的问题。该方法首先在聚合物溶液中加入醋酸盐搅拌混合，混合均匀后升温至60℃～120℃加入乙酰丙酮或冰醋酸，搅拌均匀后滴加一定量的钛酸酯，反应得到含有聚合物的纳米陶瓷溶胶。然后直接于120℃～170℃下蒸馏或倒入不溶于所用聚合物的溶剂中进行沉降，完全干燥后将混合物研成细粉即得压电陶瓷/聚合物原位复合母粒。再将该母粒与普通压电陶瓷粉加入混合设备混合均匀，按照聚合物成型的方法压制成型，制得压电陶瓷/聚合物复合材料。
3 层状水泥基压电智能复合材料及其制备方法
本发明是一种适用于土木工程的智能复合材料，由片层水泥基材料和片状压电陶瓷材料相间组成，信号线将压电陶瓷片以并联方式联结，相邻的两压电陶瓷片层的极化方向相反。本发明的复合材料制备方便，成本低廉。其结构相容性好，响应速度快，抗干扰能力强，并具有感知功能和驱动功能复用的特点。
4 低压电器用铜基无银触头材料
本发明提出一种低压电器用铜基无银触头材料，其成分中主要含有金刚石和镧。成分配比（重量百分比）为金刚石：０．０１～８％，镉：０．０１～３．５％，镧：０．００１～２．５％，铜：余量。采用本发明的铜基无银触头材料可在各类低压电工触头上代替银基复合材料，会收到显著的节省贵金属银及降低成本的效果。
压电材料的研究新进展
压电材料的研究新进展
温建强;章力旺
【摘 要】压电材料作为机电转换的功能材料,在高新技术领域扮演着重要的角色.锆钛酸铅压电陶瓷凭借其优良的性能,自投入使用以来成为最广泛使用的压电材料.近年来,探索和发展潜在的替代新型材料备受重视.本文就近些年来国内外压电材料技术研究进展中呈现的无铅化、高性能化、薄膜化的新趋势进行了综述,并对今后的研究提出一些发展性的建议.
【期刊名称】《应用声学》
【年(卷),期】2013(032)005
【总页数】6页(P413-418)
【关键词】压电材料;压电性能;无铅压电材料;压电薄膜
【作 者】温建强;章力旺
【作者单位】中国科学院声学研究所 北京100190;中国科学院声学研究所 北京100190
【正文语种】中 文
【中图分类】TM282
1 引言
1880年P.Curie和J.Curie首次发现石英晶体有压电效应，1954年美国 B.Jaffe发现了锆钛酸铅（PZT）压电陶瓷，此后逐渐发展为国内外主流的压电材料，在功能材料领域占有重要的地位[1]。压电材料发展的类型主要有单晶、多晶、微晶玻璃、有机高分子、复合材料等。20世纪80年代以来，随着压电陶瓷材料从二元系向三元、多元系的开发研究高潮的结束，压电材料的研究一度进展缓慢。随着科学技术快速发展，应用需求牵引下的开发探索给予了压电材料研究的新动力，加上科技工作者在基础性研究和生产工艺改进上的不懈努力，近十几年来，新型的压电材料不断涌现出，并呈现出无铅化、高性能化、薄膜化的态势，使得压电材料研究的面貌焕然一新，带动相应的应用器件研究也日趋活跃。本文就近些年来国内外压电材料技术研究中所呈现出的新趋势和最新进展进行介绍，并对今后研究的努力发展方向进行展望，并提出一些建议。
2 压电材料研究的新趋势
2.1 无铅化
随着环境保护和社会可持续发展的要求，发展环境协调性材料及技术已是公认的大势所趋。为了防止环境污染，国内外科研人员对无铅压电材料开展了大量的研究工作并取得了令人鼓舞的进展[2]。据统计，近十几年来无铅压电材料的研究文献数量增长了上百倍[3]，应指出的是，日本的研究在世界上占了主导地位，发表的论文和专利数量是最多的。我国近些年来也加大了研究资助的力度，在无铅压电材料的研究也相当活跃，并在上海组织召开了 2010年无铅高性能压电材料国际研讨会，就无铅压电材料的制备、结构、性能及器件应用等进行了深入的交流。