【开题报告】PIMNT单晶生长用多晶料的固相合成
开题报告
应用化学
PIMNT单晶生长用多晶料的固相合成
一、选题的背景与意义
九十年代后期以来，日、美科学家首先发现弛豫铁电单晶铌锌酸铅-钛酸铅[Pb
（Zn1/2Nb2/3）-PbTiO3][PZNT]和铌镁酸铅-钛酸铅[Pb（Mg1/2Nb2/3）-PbTiO3][PMNT]，准
同型相界成分的PZNT、PMNT具有非常高的压电常数，跟传统的压电材料PZT铁电陶瓷
相比，其压电常数d33、机电耦合系数K33从600 pC/N和70%左右分别提高到2000pC/N
和90%，且其应变高达1%以上，比通常应变为0.1%左右的压电材料高1个数量级。由于
此类弛豫铁电单晶材料的优异性能，使其在医学超声成像、声纳技术、工业无损探伤等
声电转换技术领域具有广阔应用前景。
在驰豫铁电单晶材料的制备技术方面，目前中国科学院上海硅酸盐研究所和美国宾
州大学在该领域中的研究处于国际前沿的领先地位，已生长出大尺寸的PZNT和PMNT晶
体，但此类高含铅铁电晶体生长存在坩埚侵蚀、熔点较高、晶体均匀性等固有技术难
题，尚难以实现此类晶体的稳定批量生长。从性能角度看，PZNT和PMNT晶体的居里温
度分别为150oC、160oC，属于居里温度偏低，在某些实际使用环境下其温度稳定性不
够，导致器件会逐渐老化，通常其使用温度不宜超过85oC。近年来材料学家还试图寻找
居里温度更高的驰豫铁电单晶，稍后发现了铌铟酸铅-钛酸铅（PINT），其居里温度高达
240oC，然而，PINT晶体须从添加大量助熔剂PbO的体系中进行生长，熔体对任何材料
的坩埚的侵蚀作用都极其严重，且晶体生长的排杂过程也相当困难，造成所生长晶体尺
寸小，且晶体均匀性很差。
鉴于PZNT和PMNT晶体的居里温度偏低，而 PINT晶体生长又极其困难的现状，本
课题尝试将PMNT晶体与PINT晶体加以混合，以生长准同型相界成分的铌铟酸铅-铌镁
酸铅-钛酸铅（PIMNT），其化学式为 0.24Pb(In1/2Nb1/2)O3- 0.42Pb(Mg1/2Nb2/3)O3-
0.34PbTiO3。前期研究表明，PIMNT晶体的析晶特性相似于PMNT晶体而不同于PINT晶
体，PIMNT晶体完全可以采用熔体坩埚下降法进行生长，其晶体配合料不必添加助熔剂
PbO，甚至可以采用PMNT晶体作为籽晶进行定向生长，PIMNT晶体的熔点还从PMNT晶体
的1302oC降低到1276oC，相应的晶体生长温度也可以降低26oC左右，这样有助于减缓
熔体对铂坩埚的侵蚀作用，因此大尺寸PIMNT晶体生长的固有困难比PMNT晶体还有所
减小。初步分析测试表明，所获PIMNT晶体不仅保持了PMNT晶体的良好压电特性，而
且其居里温度由PMNT晶体的150oC提高到180oC，即居里温度介于PMNT晶体和PINT晶
体之间，已经能满足绝大部分使用温度环境的需要。
为了满足PIMNT单晶生长的需要，本课题拟开展PIMNT多晶料制备的研究，研究表
明，PIMNT单晶的压电性能在很大程度上受制于多晶料的组成，为了生长出高性能的
PIMNT单晶，须探究适宜于获得高压电性能的多晶料组成，制备出纯钙鈦矿相结构的
PIMNT多晶料。本课题拟通过高温固相反应制备PIMNT多晶料，先期合成出二元前体化
合物InNbO4和MgNb2O6，再合成三元固溶体PIMNT多晶料。应用X射线粉末衍射、差热/
热重分析等方法，对所合成前体化合物以及三元固溶体进行分析表征；掌握合成前体化
合物以及三元固溶体的适当工艺条件，合成出成分稳定的纯钙鈦矿相结构的PIMNT多晶
料；结合PIMNT单晶生长实验，验证高温固相合成制备PIMNT多晶料的有效性。
二、研究的基本内容与拟解决的主要问题
1、研究内容：
（1）结合系列PIMNT单晶生长实验，探究适宜于获得高压电性能单晶的PIMNT多
晶料组成，确定PIMNT多晶料的最佳化学计量组成；
（2）通过系列多晶料的烧结合成实验，掌握合成前体化合物以及三元固溶体的适
当工艺条件，合成出成分稳定的纯钙鈦矿相结构的PIMNT多晶料；
（3）应用X射线粉末衍射、差热/热重分析等方法，对所合成前体化合物以及三元
固溶体进行分析表征，验证PIMNT多晶料固相合成的有效性。
2、拟解决技术问题：
（1）确定PIMNT多晶料的最佳化学计量组成，掌握多晶料合成的混料操作程序、
固相烧结条件；
（2）形成PIMNT多晶料的固相合成流程，多批次合成PIMNT多晶料锭，生长出大
尺寸PIMNT单晶；
三、研究的方法与技术路线
（1）采购99.9%以上纯度的化学试剂PbO、In2O3、4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O、
Nb2O5和TiO2，准备球磨机、压料磨具、压料机等必要设备。
（2）按照适当化学计量比计算物料比例，先将初始试剂进行烘焙处理，以除去可
能含有少量吸附水分，依照所制订试剂比例称量物料。
（3）将所称量物料置于刚玉研钵中，先手工混合1小时，再分装于尼龙球磨罐
中，倒入适量分析纯酒精，制成泥浆状配合料，球磨混料12小时。
（4）经球磨的泥浆状配合料作烘焙处理，将半干物料模压成饼状，然后置于马弗
炉内进行烧结，以获得陶瓷状致密多晶料锭。
（5）以PbO、4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O、Nb2O5为初始试剂，按照述操作程序合成
二元化合物MgNb2O6，应用XRD、差热/热重分析对所合成化合物进行表征。
（6）以PbO、In2O3、Nb2O5为初始试剂，通过固相烧结合成二元化合物InNbO4，
应用XRD、差热/热重分析对所合成化合物进行表征。
（7）将PbO、InNbO4、MgNb2O6、TiO2加以充分研磨混合，按照适当计量比制成
配合料，此物料具有化学式xPb(In1/2Nb1/2)O3- yPb(Mg1/2Nb2/3)O3- (1-x-y)PbTiO3所示组
成，通过固相烧结制备出满足晶体生长需要的PIMNT多晶料。
（8）采用垂直坩埚下降法进行PIMNT单晶生长，生长获得大尺寸PIMNT单晶样
品，对所获得PIMNT晶体进行XRD、差热/热重分析和压电性能测试，评估PIMNT多
晶料应用于单晶生长的效果。
四、研究的总体安排与进度
2010.10- 2010.11：阅读有关弛豫铁电单晶PIMNT研究的文献资料，，探究适宜于
获得高压电性能单晶的PIMNT多晶料组成，熟悉课题研究方法。
2010.12- 2011.01：进行系列多晶料的烧结合成实验，掌握合成前体化合物以及三
元固溶体的适当工艺。
2011.01- 2011.02：对所合成前体化合物以及三元固溶体进行分析表征，验证
PIMNT多晶料固相合成的有效性，并逐步改善合成条件。
2011.03- 2011.05：整理、总结资料以及研究成果，总结撰写学位论文，修改定
稿，准备答辩。
五、主要参考文献
[1] 师昌绪.材料大辞典[M].北京:化学工业出版社,2006.
[2] 张福学,王丽坤.现代压电学(下册)[M].北京:科学出版社,2002.
[3] 王永龄.功能陶瓷性能与应用[M].北京:科学出版社,2003.
[4] 方俊鑫,殷之文.电介质物理学[M].北京:科学出版社,1989.
[5] 徐家跃,范世骐,孙仁英. 0.91Pb Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.09PbTiO3的析晶行为及助溶剂法
生长[J]. 硅酸盐学报,2002,30(6):721-724.
[6] 曹林洪, 姚熹，徐卓，惠曾哲.铅基弛豫铁电单晶体的生长技术.材料科学与工艺，
2007,15（1）：27.
[7] 罗豪苏，徐海清，殷庆瑞，王评初，贺天厚，许桂生，殷之文.新型压电单晶PMNT
的生长、性能及应用，物理，2002，31（3）：155.
[8] 郭益平，罗豪苏，徐海清，贺天厚，方必军，殷之文。铅基弛豫型铁电单晶研究进
展及其应用，人工晶体学报，2001，30（4）：331.
[9] 唐斌。弛豫铁电单晶的生长及其相结构研究[D]. 西北工业大学，2002. [10] 贺宇。新型铁电单晶Pb(Znl/3Nb2/3)O3–PbTiO3的生长[D]，北京工业大学，2000. [11] Guisheng Xu, Kai Chen, Danfeng Yang. Growth and electrical properties of large size Pb(In1/2Nb1/2)O3–Pb(Mg1/3Nb2/3)O3–PbTiO3 crystals prepared by the vertical Bridgman technique，Appled Physics Letters，2007，90, 032901. [12] Ping Yu, Feifei Wang, Dan Zhou, et al. Growth and pyroelectric properties of high curie temperature relaxor-based ferroelectric Pb(In1/2Nb1/2)O3–Pb(Mg1/3Nb2/3)O3– PbTiO3 ternary single crystal. Appled Physics Letters, 2008, 92, 252907. [13] Zhuang L., Dong M., Ye Z. G.. Flux growth and characterization of the relaxor- based Pb[(Zn1/3Nb2/3)1-xTix]O3 (PZNT) piezocrystals. Materials Science & Engineering B, 2000, 78(2-3): 96. [14] Robert E. S. Shape-changing crystals get shiftier. Science, 1997, 275(28):1878.
[15] Cross L E. Relaxor ferroelectrics [J]. Ferroelectrics,1987,76:241-267.
[16] Ye Zuo-Guang. Relaxor ferroelecrtic Pb(Mg1/3Nb2/3)O3: Properties and present
understanding [J]. Ferroelectrics,1996,184(1):193-208.
[17] Ye Zuo-Guang. Relaxor Ferroelectric Complex Perovskites: Structure, Properties and
Phase Transitions [J]. Key Engineering Materials, 1998, 155-156: 81-122.
[18] Smolenskii G A ,Agranovskaya A I. Dielectic polariztion and losses of some complex
compounds . Sov. Phy. , 1958(3):1380—1382
[19] Nomura S, Takahashi T, Yokomizo Y. Ferroelectric Properties in the System Pb(
区熔用多晶硅
区熔用多晶硅
区熔用多晶硅是一种制备单晶硅的方法，它利用多晶硅在高温下融化的特性，在熔体表面引入种晶体，在熔体中逐渐生长单晶。区熔用多晶硅是制备单晶硅的重要方法之一，具有制备单晶硅质量高、生产效率高、成本低等优点。
区熔用多晶硅的制备流程一般包括四个步骤：多晶硅准备、多晶硅熔化、单晶生长、单晶获取。首先，需要选用高纯度的多晶硅作为原料，通过加热等方法将其熔化。然后，在熔体表面引入种晶体，使其与熔体接触，从而开始单晶的生长。在生长的过程中，需要控制温度和压力等因素，同时控制晶体的生长速度和方向，以保证单晶质量的稳定性。最后，通过适当的方式将单晶取出，作为制备半导体器件等的原材料。
区熔用多晶硅制备单晶硅具有以下几个优点。首先，通过多晶硅熔化，可以将原料利用率提高到100%。其次，区熔用多晶硅制备单晶硅的效率较高，生长速度可达到几厘米/小时，因此可以满足大规模生产的需求。同时，单晶质量较高，单晶维度稳定性好，具有较高的组件均匀性和稳定性。此外，区熔用多晶硅制备单晶硅的成本较低，其原料多晶硅价格较便宜，同时生产过程中无需使用昂贵的气相清洗设备等。
然而，区熔用多晶硅也存在一些不足之处。其中之一是生产出来的单晶硅质量与熔体温度、熔体压力、种晶位置等因素密切相关，因此制备过程中需要精确的控制参数。此外，多晶硅的品质也对最终产品的质量有很大影响，需要保证原料的高纯度和低杂质含量。
综上所述，区熔用多晶硅是制备单晶硅的一种常用方法，具有高效、低成本、高品质等优点，广泛应用于半导体器件、太阳能电池等领域。此外，随着科技的进步，人们对区熔用多晶硅的研究与开发也在不断深入，相信未来会有更多的创新和进步。
四氨基锌酞菁的固相合成【开题报告】
毕业论文开题报告
高分子材料与工程
四氨基锌酞菁的固相合成
一、选题的背景和意义
酞菁类化合物是具有四氮杂四苯并卟啉结构的化合物。自1907年最初发现以来，其发展相当迅速, 在短短几十年时间里已有5000多种酞菁类化合物问世，用途也由最初的有机颜料和染料扩展到其他许多重要领域。酞菁颜料以其优良的耐热、耐晒、耐酸碱性能及鲜艳的蓝绿色泽在工业上广泛用于汽车、服装、食品、印刷、橡胶、纺织、皮革等的着色工艺；尤其80年代以来，酞菁类化合物在光电复印等现代高技术领域得到新的应用，掀起了酞菁类化合物的研究热潮。
近些年来，随着纺织等行业对染料新品种的需求趋于饱和、染料工业的发展日益趋于成熟，对应于传统行业的染料品种的开发缓慢。功能材料的研究拓展了研究范围。酞菁化合物以其独特的物理性质、化学特性最早受到研究者的关注。目前酞菁已涉及太阳能电池、电子照相、光盘存储和非线性光学等领域的研究，同时，一些金属酞菁化合物由于具有较强的光催化、光敏化和荧光特性，在新型功能材料中起着举足轻重的地位。
影响金属酞菁合成产率的因素有反应温度、反应物的比例、催化剂和反应时间等，本论文主要采用固相法，根据不同反应物的比例和温度来研究合成四氨基锌酞菁的最佳条件。本实验主要研究：在不同的实验条件下，先合成硝基为取代基的四硝基锌酞菁，再将硝基还原为氨基为取代基的四氨基锌酞菁，通过比较实验数据，（产率、红外和紫外光谱测定，），研究金属酞菁的结构，并测定其各种物理化学性能，并进一步探索出最优条件。合成的四氨基锌酞菁与四硝基锌酞菁相比，具有更加优良的物理化学性能，对扩大酞菁化合物在各领域中的应用有非常重要的意义。
二、研究目标与主要内容（含论文提纲）
在相同的实验条件下，通过多组对比实验，用固相法探索出合成硝基为取代基的四硝基锌酞菁的最优条件，然后,研究出将硝基取代基还原为氨基为取代基的四氨基锌酞菁所需的最佳反应条件。最后，在最佳条件下合成产物，并对每步生成的物质进行红外光谱和紫外光谱检测，确定其成分。 1 论文提纲：
实验1.2 主晶相的固相合成
实验1.2 主晶相的固相法合成
一． 实验目的
1. 了解固相反应的原理、配比和混料对主晶相的影响
2. 掌握惰性气氛下固相反应的实验步骤，了解一种对产物进行碳包覆的方法。
3. 掌握LiTi2(PO4)3/C材料的制备
二． 合成原理
对于应用型磷酸钛锂电极材料，通常需要得到相对高纯度的LiTi2(PO4)3/C，因为这是电化学活性的材料，否则以此材料制备的电极的容量将低于预期值，不利于制备高容量的锂离子电池。但是，磷酸钛锂材料的导电性不佳，通常需要在表面进行碳包覆，提高其电子导电性。葡萄糖是一种常用的包覆试剂，能够在高温下碳化覆盖在活性电极材料表面，增强材料的导电性能。
主晶相的固相法合成通常是功能陶瓷材料制造过程中最重要的工序之一。以锆钛酸铅压电陶瓷元件为例，经球磨、混合后压实的坯件，通过合成这道工序，在一定条件下，可制出较为稳定的锆钛酸铅固溶体以及微量的极不稳定的游离氧化铅、氧化锆、二氧化钛。确定合成条件的原则有两条：一是务必使配方各组分的固相反应完全，游离的氧化物能达到最小极限；二是要防止配方各组分的还原以及氧化铅的大量挥发。
1. 低温阶段（室温至200 ℃）
低温阶段实际上就是烘烤阶段。这一阶段主要是排除坯件中的水分及微量的有机物，并无化学变化。坯件中的水分及有机物被排除后，取而代之的是空气，所以气孔率增加，相应的透气性随之增大，坯件体积密度减少，且体积呈现微量收缩。这一细节的变化都是物理变化，没有任何新化合物的生成。为使坯件中含有的水分和有机挥发物得到彻底干燥和充分排出，必须通风良好，炉门不能紧闭，容器不能密封。若坯件中含水分过多，且升温速度太快，坯件很可能崩碎裂成碎块。
2. 分解、化合反应阶段（200~850℃）
（1） 采用不同类的铅的化合物时，合成固相反应的最高温度不相同。当采用碱式碳酸铅2PbCO3·Pb(OH)2或者碳酸铅PbCO3时，600℃以前是分解反应阶段，生成PbO:
晶体的生成实验报告(3篇)
第1篇
一、实验目的
1. 了解晶体生长的基本原理和过程。
2. 掌握制备特定晶体（如硫酸铜晶体）的实验步骤。
3. 观察晶体生长过程中的形态变化，分析影响晶体生长的因素。
二、实验原理
晶体是由具有规律排列的原子、离子或分子组成的固体。晶体生长是晶体从溶液中析出的过程，其原理主要包括溶解-析出过程、晶体生长动力学和晶体形态学。
三、实验用品
1. 仪器：烧杯、漏斗、量筒、玻璃棒、镊子、铁架台、酒精灯、石棉网、滤纸、细线。
2. 用品：硫酸铜粉末、蒸馏水。
3. 药品：硫酸铜。
四、实验步骤
1. 溶液制备：将30mL蒸馏水倒入50mL烧杯中，加热至45℃左右，加入适量硫酸铜粉末，用玻璃棒搅拌直至完全溶解。重复此步骤，直至溶液中不再溶解硫酸铜为止。
2. 过滤：用滤纸过滤饱和溶液，去除杂质，滤液流入另一个干净的烧杯中。
3. 晶种培养：将过滤后的饱和溶液倒入50mL小烧杯中，静置一夜，让溶液自然冷却，观察晶体生长情况。
4. 晶体生长：挑选一块形态较好的硫酸铜晶体作为晶种，用细线系住，悬挂在盛有饱和溶液的烧杯中，注意晶种不要碰到烧杯壁或底部。将烧杯放置在阴凉、灰尘少的地方，静置一段时间，观察晶体生长情况。
5. 重复步骤：当晶体不再生长时，取出晶体，测量其尺寸。重新制作饱和溶液，重复步骤4和5，观察晶体生长情况的变化。
五、实验结果与分析 1. 晶体形态：观察到的硫酸铜晶体呈蓝色，具有立方体、八面体等形态。
2. 晶体生长速度：晶体生长速度受多种因素影响，如溶液浓度、温度、晶种大小等。实验中发现，溶液浓度越高、温度越低、晶种越大，晶体生长速度越快。
3. 晶体尺寸：随着实验次数的增加，晶体的尺寸逐渐增大。
六、实验讨论
1. 晶体生长的影响因素：实验结果表明，溶液浓度、温度、晶种大小等因素对晶体生长有显著影响。在实际生产中，可以根据需要调整这些因素，以获得理想的晶体形态和尺寸。
2. 晶体生长的原理：晶体生长是溶液中溶质分子（或离子）在晶核表面吸附、脱附、迁移和再结晶的过程。晶体生长过程中，溶质分子（或离子）在晶核表面发生有序排列，形成具有特定形态的晶体。
PIMNT单晶生长用多晶料的固相合成【文献综述】
PIMNT单晶生长用多晶料的固相合成【文献综述】
文献综述
应用化学
PIMNT单晶生长用多晶料的固相合成
一、研究背景
压电材料是一类基于压电效应的重要功能材料，主要有压电晶体与压电陶瓷两大类。压电陶瓷以其工艺成熟、性能参数可调、价格低廉等诸多优势，广泛应用于压电变压器、压电原件、压电滤波器等领域。经过几十年的发展，以锆钛酸铅（PZT）陶瓷为主体的压电陶瓷已在压电材料领域占据了主导地位。通过掺杂和传统工艺制备的PZT基陶瓷，其发展以接近极限，很难再提高其性能。
九十年代后期以来，日、美科学家首先发现弛豫铁电单晶铌锌酸铅-钛酸铅（PZNT）和铌镁酸铅-钛酸铅（PMNT），准同型相界成分的PZNT、PMNT具有非常高的压电常数，跟传统的压电材料PZT铁电陶瓷相比，其压电常数d
33
、机电耦
合系数K
33
从600 pC/N和70%左右分别提高到2000pC/N和90%，且其应变量高达1%以上，比通常应变为0.1%左右的压电材料高1个数量级。
驰豫铁电体是指具有弥散性-顺电相变的一类特殊铁电体，主要有钙钛矿和
钨青铜矿2大类。钙钛矿结构可用化学式A(B′B″)O
3
表示，其中A原子通常是Pb，B原子有2种占位，B′为Mg，Zn，Fe，Sc，Ni，In等，而B″为Nb，Tb
或W。1961年苏联科学家在Pb(Mg 1/3Nb
2/3
)O
3
(PMN) 单晶中首次观察到了驰豫行为。
1969年Nomura等人报道了在驰豫铁电体Pb(Zn
1/3Nb
2/3
)O
3
(PZN)与普通铁电体
PbTiO
3
（PT）形成的赝二元固溶体中存在准同型相界（morphotropic
phase boundary, MPB）。在准同型相界附近，驰豫铁电体具有较大的压电系数和较高的机电耦合系数。例如，PZN是典型的驰豫铁电体，其弥散相变温度在140o C，PT 是普通铁电体，其居里温度为490o C；这2种铁电体成分在一定范围内可以形成
850mm缸径六面顶压机合成金刚石大单晶研究
1引言
金刚石作为超硬材料的典型代表袁不仅具有传统材料无法比拟的超硬性能袁还具有较好的热导
率袁其热导率可也达到铜的5倍袁因此凭借金刚石的高热导性能在微电子器件领域具有广阔的应用
前景袁尤其是大尺寸的宝石级金刚石在这方面更能发挥优势遥此外金刚石大单晶做成窗口材料在军工
航空航天领域也具有广阔的应用前景遥迄今为止制备宝石级金刚石大单晶的技术手段有两种袁一种是化学是利用微波等离子渊MPCVD冤技术进行化学沉
积的方法袁此类方法最早由日本无机材料研究所开发出来用以制备多晶金刚石薄膜[1]袁直到2004年美
国卡内基地质物理实验室利用MPCVD技术沉积出了单晶金刚石[2]袁近年来该项技术不断的进步和
发展袁其优势在于不需要任何的催化剂袁在低压环
境中使用等离子气体在基底上进行沉积生长袁因此该种方法获取的金刚石大单晶没有金属包裹物袁但
生长时间较长袁一般获取4mm高度的单晶毛坯需要近30天的时间袁电能消耗也很大遥另外一种制备金刚石大单晶的方法是高温高压条件下的温度梯
度法袁这种方法是美国通用公司最早于70年代研发出来的袁虽然年代久远袁但真正实现商业化应用袁尤其是在国产六面顶压机这类高压设备上大规模商业化生产是在近5要6年才实现的遥使用高温高压技术实现石墨原料向金刚石的
转变袁通常温度需要1300益袁压力5.5Gpa渊1Gpa=109帕斯卡冤袁然后利用合成腔体的温度梯度形成
碳素在触媒溶剂中形成浓度梯度袁在浓度梯度的驱动下碳素在金属溶剂中扩散袁当碳素扩散到低温并
且有晶种的地方即可实现金刚石的同质结晶袁并随着时间的延长慢慢长大[3-5]遥一般生长单粒2要3克
拉金刚石单晶需要7-8天的时间袁相比而言生长速
度较化学气象沉积法具有一定的优势遥然而基于高温高压技术合成金刚石需要较高的合成功率才能
实现合成腔体内金属触媒的熔融态转变袁尤其是随着六面顶压机缸径大型化之后袁合成块以及合成腔
体的尺寸虽然得到了大幅度提升袁但随之带来的是高能耗袁目前金刚石行业使用直径850mm的六面
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
单晶ncm的合成方法
单晶ncm的合成方法
单晶NCM（镍钴锰酸锂，LiNiCoMnO2）是锂离子电池正极材料的一种，具有高能量密度和较好的循环稳定性。其合成方法主要包括以下几个步骤：
1. 前驱体合成：
通常首先通过共沉淀法、水热法或溶剂热法等化学反应制备镍钴锰氢氧化物（Ni-Co-Mn(OH)2）前驱体。例如，在特定pH值下，将含镍、钴、锰的盐溶液加入氨水中进行反应，生成混合氢氧化物。
2. 前驱体煅烧：
将得到的氢氧化物前驱体在一定温度下（如600-850℃）进行高温煅烧，使其转化为对应的硝酸盐或碳酸盐，并进一步转化为氧化物（Ni1-x-yCoxMnyO2）。
3. 固相法合成单晶NCM：
煅烧后的产物通过研磨、过筛等工艺处理成细粉，然后在惰性气体氛围（如氩气或氮气）中，于较高温度（通常超过900℃）下进行固相反应合成单晶结构的NCM正极材料。 4. 溶胶-凝胶法合成：
另一种合成方法是溶胶-凝胶法，将金属盐溶解并形成稳定的溶胶体系，经过干燥、焙烧等一系列过程形成NCM氧化物粉末，再通过一定的热处理条件促进单晶生长。
5. 单晶定向生长：
在某些研究中，还会采用更精细的晶体生长技术，如熔盐法或电化学沉积法等来实现单晶NCM的定向生长，以获得具有更好性能的单晶颗粒。
每一步骤都需要精确控制各种参数，包括反应时间、温度、气氛、原料配比等，以确保最终得到的单晶NCM具有良好的电化学性能和结构稳定性。
一种多晶三元正极材料的单晶化方法
一种多晶三元正极材料的单晶化方法
多晶三元正极材料通常由多个不规则的晶粒组成，晶粒之间存在晶界和位错等缺陷。这些缺陷会降低材料的电导率和循环稳定性，影响电池的性能。而单晶结构具有高度有序的排列，无晶界和位错，因此具有更好的电导率和循环稳定性。
在热力学控制法中，首先需要选择合适的化合物作为原料，并进行混合和研磨处理，以获得均匀的颗粒。然后，通过烧结等方法将粉末获得初步的致密块状体。接下来，通过恒温热压或者等温热处理的方式进行晶粒生长。这种方法在一定程度上可以控制晶粒的生长方向和晶粒大小，使原本多晶的材料逐渐形成单晶结构。
热力学控制法的关键在于选择合适的温度和压力参数，以及合适的热处理时间。温度越高，原子的扩散速率越快，晶粒生长的速度也就越快。而压力对于多晶正极材料的晶粒生长方向具有很大的影响，适当的压力可以促进单晶的生长。同时，适当的热处理时间也是非常重要的，过短的时间不利于晶粒的形成，过长的时间则可能导致其他非单晶结构的形成。
除了热力学控制法，还有其他一些方法也可以用于多晶正极材料的单晶化，如激光熔融法、液相生长法等。这些方法各有优缺点，选择合适的方法需要综合考虑材料的性质、工艺的可行性和成本等因素。
总之，多晶正极材料的单晶化方法是一种重要的技术手段，可以提高材料的电导率和循环稳定性，提高电池性能。热力学控制法是一种可行且常用的方法，可以通过控制温度、压力和热处理时间等参数，实现多晶材料向单晶材料的转变。这对于进一步提高锂离子电池等能源存储设备的性能具有重要意义。
磷化铟的长晶技术和应用
磷化铟的长晶技术和应用
作者：周铁军 廖彬 宋向荣
来源：《科技风》2020年第32期
摘 要：磷化铟（InP）作为一种重要的Ⅲ—Ⅴ族化合物半导体材料，具有直接跃迁型能带结构、禁带宽度较宽，广泛用于光纤通信工程中;光电转换效率较高，应用于太阳能电池片;电子迁移率高、抗辐射能力较强，应用于集成电路及高速高频器件当中。国家新材料“十三五”规划将磷化铟作为“十三五”期间需要大力发展的半导体材料，也表明，磷化铟材料，越来越得到重视。本文根据行业的发展及相关信息，综述了磷化铟多晶合成技术、单晶生长工艺和应用。 关键词：磷化铟;多晶合成;单晶生长
1 磷化铟多晶的合成技术
磷化铟多晶是由高纯金属铟和高纯红磷反应制得。磷化铟的熔点为1070℃，在此温度下，磷化铟材料有很高的离解压，熔点下的离解压为2.75MPa，根据Antoine饱和蒸汽压与和温度之间的函数关系公式lgP=A-B/（T+C）计算，在此条件下，磷蒸汽压已超过了10MPa，远大于磷化铟的离解压，所以将磷和铟直接在单晶炉内合成磷化铟单晶是非常困难的，所以一般是将高纯铟和高纯磷通过多晶合成，合成磷化铟多晶料，然后再用磷化铟多晶料进行磷化铟单晶生长。
目前，合成磷化铟多晶的方法主要有以下几种：水平梯度凝固法（HGF）、水平布里奇曼法（HB）、溶质扩散法（SSD）、直接合成法等。
2 溶质扩散法
溶质扩散法（SSD）是最早用于磷化铟多晶合成方法，是在900℃～1000℃通过磷蒸汽在铟的熔体中扩散，然后反应生成磷化铟多晶的方法。由于其生长温度低，可减少晶体中Si杂质对磷化铟多晶体的玷污，提高了晶体的纯度，有效提高晶体的载流子浓度，载流子浓度可以达到1014cm-3的水平。但是与其他方法相比，多晶一次合成量少，合成速度慢，从而导致生产成本高，无法满足工业批量生产的需要，目前基本已被淘汰。