弛豫铁电单晶铌镁酸铅_钛酸铅研究前沿
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铌镁(锌)酸铅-钛酸铅弛豫铁电单晶研究进展
作者简介 ： 吴广涛（ １ ９ ７ ９ 一 ） ， 男， 黑龙江大庆 人， 大庆 师范学院机 电工程 学院教 师， 从事 固体材料性 能研 究。 基金项 目： 黑龙江省教育厅科学技术研 究项 目（ １ ２ ５ ２ ３ ０ ０ ２ ） 。
中图分类号 ： Ｔ Ｍ２ ２ １ ． ０ ５ １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ２ ０ ９ ５ — ０ ０ ６ ３ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ３ － ０ ０ ５ １ － ０ ３ 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４ － １ １ － ０ ６
构相变 ， 在相变点上晶体 的性能发生突变。晶体铁电相 的对称性从三方结构转变到四方结构。而在高温
处， 均转 变为立 方 的顺 电相 。在 Ｘ ： ０ ． ０ ９附 近 Ｐ Ｚ Ｎ— ｘ 系列 单 晶存 在 类 似 的准 同型 相 界 ， 在 ＭＰ Ｂ 附近 Ｐ Ｚ Ｎ— ｘ Ｐ Ｔ晶体 中施 加 电场 ， 可 以观察 到正 交相 的 出现 』 。在 １ ５ ０～２ ０ ０ ￣ Ｃ的 温度 范 围内 ， 弛豫 铁 电单 晶完
电材料 。
ｌ Ｐ Ｍ（ Ｚ ） Ｎ — Ｐ Ｔ系列单 晶的机电性能
新一代高介 电常数的 Ｐ ｂ （ Ｂ Ｂ ： ） Ｏ ， 一 Ｐ Ｔ结构系列弛豫型铁 电单晶是 由铌镁酸铅或铌锌酸铅等弛豫型
铁 电体 与普通铁 电体钛 酸铅 组成 的具有 钙钛 矿结 构 的固溶 体 。铌 镁 酸铅 一 钛酸铅 Ｐ ＭＮ － ｘ Ｐ Ｔ和 铌 锌 酸 铅一 钛 酸铅 Ｐ Ｚ Ｎ — ｘ Ｐ Ｔ单 晶在 准 同 型相 界 附 近 （ 靠 近三方相） 表 现 出 良好 的压 电 、 介 电与 电致 伸 缩 性 能 。 Ｐ ＭＮ — ｘ Ｐ Ｔ系列单 晶大约在 Ｘ ＝ ０ ． ３ ３附近存 在 准 同型相 界 （ ＭＰ Ｂ ） ， 随着 Ｐ ｂ Ｔ ｉ Ｏ 含 量 的不 同 ， 晶体会 发 生结
中图分类号 ： Ｔ Ｍ２ ２ １ ． ０ ５ １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ２ ０ ９ ５ — ０ ０ ６ ３ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ３ － ０ ０ ５ １ － ０ ３ 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４ － １ １ － ０ ６
构相变 ， 在相变点上晶体 的性能发生突变。晶体铁电相 的对称性从三方结构转变到四方结构。而在高温
处， 均转 变为立 方 的顺 电相 。在 Ｘ ： ０ ． ０ ９附 近 Ｐ Ｚ Ｎ— ｘ 系列 单 晶存 在 类 似 的准 同型 相 界 ， 在 ＭＰ Ｂ 附近 Ｐ Ｚ Ｎ— ｘ Ｐ Ｔ晶体 中施 加 电场 ， 可 以观察 到正 交相 的 出现 』 。在 １ ５ ０～２ ０ ０ ￣ Ｃ的 温度 范 围内 ， 弛豫 铁 电单 晶完
电材料 。
ｌ Ｐ Ｍ（ Ｚ ） Ｎ — Ｐ Ｔ系列单 晶的机电性能
新一代高介 电常数的 Ｐ ｂ （ Ｂ Ｂ ： ） Ｏ ， 一 Ｐ Ｔ结构系列弛豫型铁 电单晶是 由铌镁酸铅或铌锌酸铅等弛豫型
铁 电体 与普通铁 电体钛 酸铅 组成 的具有 钙钛 矿结 构 的固溶 体 。铌 镁 酸铅 一 钛酸铅 Ｐ ＭＮ － ｘ Ｐ Ｔ和 铌 锌 酸 铅一 钛 酸铅 Ｐ Ｚ Ｎ — ｘ Ｐ Ｔ单 晶在 准 同 型相 界 附 近 （ 靠 近三方相） 表 现 出 良好 的压 电 、 介 电与 电致 伸 缩 性 能 。 Ｐ ＭＮ — ｘ Ｐ Ｔ系列单 晶大约在 Ｘ ＝ ０ ． ３ ３附近存 在 准 同型相 界 （ ＭＰ Ｂ ） ， 随着 Ｐ ｂ Ｔ ｉ Ｏ 含 量 的不 同 ， 晶体会 发 生结
弛豫铁电单晶铌镁酸铅-钛酸铅的工程畴结构研究
驱 动器 等 电机 器 件 的 设 计 与 制 作 ， 有 重要 的理 论 意 义 与实 际应 用 价 值 。 具
关键词 ： 电学； 晶体 ； 铁 单 畴结构 ； 化； 电性能 极 机
作者简介 ： 张锐 （９ ３ ） 男 ， 龙 江 哈 尔 滨 人 ， 尔 滨 工 业 大 学 理 学 院 物 理 系教 授 ， 士 生 导 师 ， 事 弛 豫 型铁 电 １７ 一 ， 黑 哈 博 从 Ｐ Ｎ— Ｔ和 Ｐ Ｎ Ｐ Ｍ Ｐ Ｚ — Ｔ单 晶测 试 理 论 与技 术 方 法 研 究 。 中图 分 类 号 ：Ｍ ２ ．５ 文 献标 识 码 ： 文 章 编 号 ：０ ５ ０ ６ （０ １ ０ — ０４ ０ 收 稿 日期 ：０ ０ １— ５ Ｔ ２ １０ １ Ａ ２９ — ０ ３ ２ １ ）３ ０ ８ － ４ ２ １ － ０ １
近 年 来 ， 弛 豫 铁 电 单 晶 铌 镁 酸 铅 一 酸 铅 （ １ ｘ） ｂ Ｍｇ Ｎ ２ ） ， ｘ ｂ ｉ （ ＭＮ— ）， 中 Ｘ指 对 钛 （ 一 Ｐ （ ｂ／ Ｏ 一 Ｐ Ｔ Ｏ， Ｐ ， ｘ 其 晶 体 中 Ｐ ＴＯ ｂ ｉ 的 含 量 ） 基 础 理 论 与 应 用 研 究 ， 引 了 诸 多 科 学 工 作 者 的 密 切 关 注 的 吸 。 这 主 要 是 因 为
该 类 单 晶 的机 电 性 能 十 分 优 异 ， 如 ， 晶 体 本 征 ［ ０ ］ 向 极 化 的 Ｐ 例 沿 ０ １方 ＭＮ一 ３ Ｔ单 晶 ， 压 电 系 数 ｄ ３可 ３Ｐ 其 ３
Байду номын сангаас
达 ２ ２ ｐ ／ 超 过 传 统 Ｐ Ｔ 陶 瓷 四倍 有 余 ； 电耦 合 系 数 ｋ ３能 达 到 ０ ９ 也 远 远 优 于 传 统 铁 电 晶 体 或 ８ ０ Ｃ Ｎ， Ｚ 机 ３ ． ４，
关键词 ： 电学； 晶体 ； 铁 单 畴结构 ； 化； 电性能 极 机
作者简介 ： 张锐 （９ ３ ） 男 ， 龙 江 哈 尔 滨 人 ， 尔 滨 工 业 大 学 理 学 院 物 理 系教 授 ， 士 生 导 师 ， 事 弛 豫 型铁 电 １７ 一 ， 黑 哈 博 从 Ｐ Ｎ— Ｔ和 Ｐ Ｎ Ｐ Ｍ Ｐ Ｚ — Ｔ单 晶测 试 理 论 与技 术 方 法 研 究 。 中图 分 类 号 ：Ｍ ２ ．５ 文 献标 识 码 ： 文 章 编 号 ：０ ５ ０ ６ （０ １ ０ — ０４ ０ 收 稿 日期 ：０ ０ １— ５ Ｔ ２ １０ １ Ａ ２９ — ０ ３ ２ １ ）３ ０ ８ － ４ ２ １ － ０ １
近 年 来 ， 弛 豫 铁 电 单 晶 铌 镁 酸 铅 一 酸 铅 （ １ ｘ） ｂ Ｍｇ Ｎ ２ ） ， ｘ ｂ ｉ （ ＭＮ— ）， 中 Ｘ指 对 钛 （ 一 Ｐ （ ｂ／ Ｏ 一 Ｐ Ｔ Ｏ， Ｐ ， ｘ 其 晶 体 中 Ｐ ＴＯ ｂ ｉ 的 含 量 ） 基 础 理 论 与 应 用 研 究 ， 引 了 诸 多 科 学 工 作 者 的 密 切 关 注 的 吸 。 这 主 要 是 因 为
该 类 单 晶 的机 电 性 能 十 分 优 异 ， 如 ， 晶 体 本 征 ［ ０ ］ 向 极 化 的 Ｐ 例 沿 ０ １方 ＭＮ一 ３ Ｔ单 晶 ， 压 电 系 数 ｄ ３可 ３Ｐ 其 ３
Байду номын сангаас
达 ２ ２ ｐ ／ 超 过 传 统 Ｐ Ｔ 陶 瓷 四倍 有 余 ； 电耦 合 系 数 ｋ ３能 达 到 ０ ９ 也 远 远 优 于 传 统 铁 电 晶 体 或 ８ ０ Ｃ Ｎ， Ｚ 机 ３ ． ４，
钙钛矿结构弛豫铁电单晶铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅的制备方法[发明专利]
![钙钛矿结构弛豫铁电单晶铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅的制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s1/m/0b0b0fed90c69ec3d4bb759a.png)
专利名称：钙钛矿结构弛豫铁电单晶铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅的制备方法
专利类型：发明专利
发明人：罗豪甦,王西安,林迪,赵祥永,王升,徐海清,李晓兵,张海武,邓昊,陈建伟
申请号：CN201310410388.8
申请日：20130910
公开号：CN104419984A
公开日：
20150318
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及钙钛矿结构弛豫铁电单晶铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅的制备方法，所述钙钛矿结构弛豫铁电单晶铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅的化学组成为(1-x-y)Pb(InNb)O-yPb(MgNb)O-xPbTiO，其中x=0.20～0.45，y=0.15～0.70，所述制备方法包括如下步骤：（1）首次晶体生长原料的制备；（2）首次晶体生长；（3）再次晶体生长原料的制备；（4）再次晶体生长。
本发明采用坩埚下降多次生长的方法，能够明显地抑制晶片的组份分凝，扩展晶体高性能区域，能够有效针对不同应用的最优取向性晶片，从而生长出大尺寸、高性能区间大、高质量弛豫铁电单晶材料PIMNT，使得晶体利用率提高，能够克服单晶批量生长和应用的困难。
申请人：中国科学院上海硅酸盐研究所
地址：200050 上海市长宁区定西路1295号
国籍：CN
代理机构：上海瀚桥专利代理事务所(普通合伙)
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铌镁酸铅基弛豫铁电厚膜的研究进展
铌镁酸铅基弛豫铁电厚膜的研究进展陈晋;樊慧庆【摘要】铌镁酸铅(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3,简称PMN)基弛豫铁电厚膜材料及器件因其具有良好的电学性能而成为近年来研究热点.本文分别从丝网印刷技术、复合溶胶-凝胶法(Sol-Gel)、流延法、电泳沉积法和水热法等五个方面,归纳和分析了近年来PMN基弛豫铁电厚膜的研究进展.然而,PMN基厚膜电学性能及其内在物理机制的研究相对滞后.今后的研究重点将集中在厚膜的低温制备、物理机制的探究以及新器件的开发上,并为研究新型高性能的无铅型高性能弛豫铁电厚膜打下良好的基础.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2010(025)007【总页数】5页(P673-677)【关键词】铌镁酸铅;弛豫;铁电;厚膜;综述【作者】陈晋;樊慧庆【作者单位】西安建筑科技大学,材料学院,西安,710055;西北工业大学,材料学院,西安,710072【正文语种】中文【中图分类】TB34自从前苏联科学家Smolensky等首次合成复合钙钛矿结构铌镁酸铅以来, 近年来弛豫铁电体因其具有优异电学性能而日益受到人们的重视[1-3]. 弛豫铁电陶瓷具有很高的介电常数、较小的温度变化率和相对低的烧结温度, 是多层陶瓷电容器的重要材料。
此外该类材料还具有大的电致伸缩效应、压电效应等特点, 在微位移器、致动器和智能材料与器件等方面也能获得广泛的应用[4-6]. 另外, 随着铁电存储技术、微光学电子机械系统和铁电集成电子学的发展, 铁电薄膜/厚膜的制备和应用也成为研究的热点[7].PMN铁电体材料是典型的 B位复合离子钙钛矿结构弛豫铁电体, 居里温度为−10℃, 它能与PbTiO3(PT)形成固溶体, 随着PT含量的增加其居里温度向高温移动; 在PT含量约为35 mol%附近存在一准同型相界(morphotropic phase boundary, 简称MPB)[8], 成分在MPB附近的PMN-PT铁电体有异常高的介电和压电性能[4]. 介电行为在MPB两侧发生突变, 在PT含量低于MPB相界成分的一侧表现出强烈的介电弛豫特征; 而在PT含量超过MPB相界成分的另一侧则表现出典型的普通铁电体特征.随着电子元器件向小型、高灵敏、集成、多功能化方向发展, 薄/厚膜材料及器件逐渐成为研究的重点. 铁电厚膜兼顾了体材料和薄膜材料的优点,PMN基铁电材料广泛应用于制备压电、铁电、热释电器件, 其工作电压低、使用频率宽, 能够与半导体集成电路兼容, 而且电学性能优于薄膜材料[9]. 目前国内外研究 PMN基弛豫铁电陶瓷、单晶和薄膜材料较多, 对其厚膜的研究也刚刚开始. 本文综述了 PMN厚膜的制备方法和研究进展, 并对其厚膜技术研究和发展提出一些建议.厚膜的制备技术已有40多年的发展, 其中丝网印刷技术最为成熟. 近年来, PMN基弛豫铁电厚膜的制备技术得到了很大的发展, 如丝网印刷技术[10-12]、复合溶胶–凝胶法(Sol-Gel)[13]、流延法[14]、电泳沉积法[15-16]和水热法[17]等.1.1 丝网印刷法丝网印刷法是将预烧好的铁电粉体与有机载体混合制备成均匀的厚膜浆料。
浅谈弛豫铁电体的研究状况及进展
浅谈弛豫铁电体的研究状况及进展摘要:铁电材料具有良好的铁电性、压电性、热释电以及非线性光学等特性，特别是驰豫铁电体是近20年发展起来的国际高新技术材料。
本文主要介绍了驰豫铁电体的介电特征和理论模型,总结概括了BaTiO3基复合钙钛矿型驰豫铁电体的研究和铁电体的研究新进展。
关键词：铁电材料驰豫铁电体中图分类号:一、弛豫铁电体的介电特征铁电体是一类特殊的电介质，其介电常数的特点是数值大、非线性效应强、有着显著的温度依赖性和频率依赖性。
但是由于其结构的原因，很多铁电体的居里温度偏高，使其介电常数在较高温度时才有最大值，而在室温下介电常数远小于居里点的介电常数,从而大大限制了其使用性能。
因此必须改变铁电体的结构使其居里温度降低、介电常数增大、适用的温度范围变宽，由此提出了弛豫铁电体(RFE)的概念。
1955年G. I. Skanavi首先在钛酸锶铋（SBT）铁电体中发现一个明显的弥散区域，而后G。
A. Smolenkii等又发现了一大类以铌镁酸铅(Pb（Mg1/3Nb2/3）O3，PMN）为代表的复合钙钛矿型化合物，它们既有明显的铁电性,又呈现出强烈的弛豫特性.这类材料便被称为扩散相变型铁电体(DPT）或弛豫型铁电体(RFE)。
严格来说，把具有以下介电特征的铁电体称为弛豫铁电体［1，2］：一是相变弥散,即铁电到顺电相变是一个渐变的过程，没有一个确定的居里温度Tc，表现为介电常数与温度的关系曲线中介电峰的宽化,通常将其介电常数最大值所对应的温度T m作为一个特征温度；二是频率色散现象,即在T m温度以下,随频率增加，介电常数下降，损耗增加，介电峰和损耗峰向高温方向移动;三是在转变温度T m 以上仍然存在较大的自发极化强度.弛豫铁电体的介电常数和温度的关系不再符合Curie—Weiss定律。
弛豫铁电体主要有复合钙钛矿型驰豫铁电体，钨青铜型驰豫铁电体和聚合物驰豫铁电体，其中复合钙钛矿型驰豫铁电体是近年来研究得最多的一类.弛豫铁电体具有极高的介电常数、相对低的烧结温度以及由“弥散相变”引起的较低容温变化率，大的电致伸缩系数和几乎无滞后的特点，使其在多层陶瓷电容器（MLCC）和新型电致伸缩器件方面有着巨大的应用前景；透明弛豫铁电体具有优异的电光和开关特性,可用于电光存储、开关和记忆元件。
高压电常数弛豫铁电晶体的生长开题报告
开题报告题目：高压电常数弛豫铁电晶体的生长参考文献[1] 赵祥永.弛豫型铁电单晶PMN-PT的介电.压电和热释电性能研究[D].中国科学院上海硅酸盐研究所博士学位论文,2004.[2] 许桂生.新型压电单晶PMNT的生长与铁电性能研究[D].中国科学院上海硅酸盐研究所博士学位论文,1999.[3] 戴振国,董胜明,尹振华.PMN-PT晶体的生长、性质和应用进展[J].人工晶体学报,2005,12(6),10-11.[4] 李飞,张树君,李振荣,等.弛豫铁电单晶的研究进展—压电效应的起源研究[J].物理学进展,2012,32(4):178-198.[5] 曹虎,方必军.四方PMN-PT铁电单晶的弹性、介电、压电和机电性能[J].无机材料学报,2003,18(2):465-469.[6] 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.[7] Luo H,Gu X,Wang P,et al.Growth and Characterization of Relaxor Ferroelectric PMNT SingleCrystals.[J].Ferroelectrics,1999,213:97.[8] 陈焱,张孝文.PMN-PZN-PT铁电陶瓷的准同型相界及电学性能[J].稀有金属材料与工程,2009,38(2):294-297.[9] 项卓亮.外场对取向性铁电材料电畴和性能的影响[D].西安工业大学,2011.[10] 惠增哲,胡万辉,龙伟,等.Pb(Mg1/3Nb2/3)O3弛豫铁电晶体的生长形貌和生长机理.[11] 李国荣,罗豪甦,殷庆瑞.PMN-PT弛豫铁电单晶及其超声换能器性能研究[J].无机材料学报,2001:1077-1083.[12] 王评初,罗豪,李东林,等.PMN-PT单晶与陶瓷在性能及相变方面的特点[J]无机材料学报,2001:1070-1079.[13] 肖敬忠,杭寅,王爱华,等.92%Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-8%PbTiO3晶体的生长缺陷和形貌[J].硅酸盐学报,2002,30(4):500-504.[14] Tressler J F,Howarth T R,Huang Dehua.A comparison of the underwater acousticperformance of single crystal versus piezoelectric ceramic-based cymbal projectors[J].J.Acoust.Soc.Am.,2006,119:879.[15] Feng Zuyong Li Haimei,Luo Haosu,et al.High electric-field-induced strain behavior ofsingle-crystal PMNT multilayer piezoelectric actuators[J].Electron.Mater,2005,34(7): 1035-1039.。
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
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0引言压电、铁电单晶与陶瓷是一类重要的、国际竞争极为激烈的多功能材料。
利用其力、热、电、光、声和化学等方面的特殊性能，可对各类信息进行检测、转换、处理和存储，在工业、民用和国防军事等领域应用非常普遍，如医学超声波换能器、水声换能器阵列、声表面波电子器件和电光调制器等。
近年来，对弛豫铁电单晶铌镁酸铅-钛酸铅[（1-x ）Pb （Mg 1/3Nb 2/3）O 3-xPbTiO 3（PMN-xPT ）]（其中x 指晶体中PbTiO 3的含量）的基础理论与应用研究吸引了诸多科学工作者的密切关注[1-5]。
主要原因在于其机电性能十分优异，例如沿晶体本征[001]方向极化的PMN-33%PT 单晶，其压电系数d33可达2820pC/N ，超过传统PZT 陶瓷四倍有余；电机耦合系数k 33能达到0.94，也远远优于传统铁电晶体或陶瓷材料。
在单晶生长方面，我国中科院上海硅酸盐研究所[2-4]、西安交通大学[5]等相关研究单位都可以批量生产高质量的PMN-xPT 铁电单晶，且生长方法比较成熟，重复性和稳定性较好，某些方面甚至达到或超越了国际先进水平。
长成晶体的尺寸、数量与质量已经接近实际应用场合对该系列单晶材料的要求，这为单晶的器件应用以及产品的商业化奠定了基础。
因此，PMN-xPT 单晶极有希望成为下一代宽带、高灵敏度、高分辨率医学超声波换能器，大位移微驱动器及其它机电功能器件的核心材料。
本文拟从准同型相界、全矩阵宏观机电系数、损耗和光学、声学性能等方面对PMN-xPT 铁电单晶进行介绍。
1PMN-xPT 单晶的准同型相界室温下，弛豫铁电单晶PMN-xPT 随组分x 的变化会发生组分诱导铁电相变，并存在一个三方相（自发极化方向为[111]）和四方相（自发极化方向为[001]）共存的准同型相界，且单晶在相界附近的压电性能最好。
准同型相界（morphotropic phase boundary ，MPB ），最早由Jaffe 等人[6]在上世纪70年代研究PZT 压电陶瓷时提出，他发现PZT 材料在Zr/Ti 比为53/47时存在一个准同型相界，相界处三方相和四方相共存。
1989年，Choi 等人[7]通过研究不同组分（x=0.275-0.4）PMN-xPT 陶瓷的介电和热释电性质，确定了的相界在x=0.33附近。
年，Guo 等人[8]研究了不同组分PMN-xPT 在[001]弛豫铁电单晶铌镁酸铅-钛酸铅研究前沿张锐，孙恩伟，李秀明，王竹，项阳（哈尔滨工业大学物理系，黑龙江哈尔滨150080）摘要：弛豫铁电单晶铌镁酸铅-钛酸铅[(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PMN-xPT)]具有非常优异的机电性能，吸引了诸多科研领域的学者，从基础理论与实际应用等方面开展了研究工作。
该文从PMN-xPT 单晶的准同型相界、全矩阵宏观机电系数、光学与声学性能等方面，系统评述了此体系铁电材料相较于传统铁电材料的特色，介绍了PMN-xPT 单晶在国内外相关研究领域的研究进展及发展方向。
理论计算与实验结果表明，PMN-xPT 单晶有望极大地提高医学超声波换能器、水声换能器、声表面波机电器件等的频带宽度、灵敏度及图像分辨率等性能。
关键词：弛豫铁电单晶；PMN-xPT ；机电系数；电光系数；声导波作者简介：张锐（1973-），男，陕西西安人，哈尔滨工业大学物理系教授，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：1006-2165(2009)06-0086-04收稿日期：2009-06-13□物理学第29卷第6期2009年11月大庆师范学院学报JOURNAL OF DAQING NORMAL UNIVERSITYVol.29No.6November ，2009和[110]方向上的介电和压电性能，认为相界位于0.30<x<0.35的组分范围内，相结构位于MC-O-T三临界点，并给出了一个普适相图（图1）。
Ye等人[9-10]采用偏光显微镜，对PMN-xPT晶体畴结构和相转变进行了研究，分析了不同组分PMN-xPT单晶中三方相和四方相的铁电畴态，指出PMN-xPT单晶中压电性能的提高，很大程度上依赖于三方相和四方相同时存在时形成的多畴状态，这使材料具有了更高的电学活性。
图1PMN-PT单晶MBP附近相图[8]2全矩阵宏观机电系数全矩阵宏观机电系数，即一套完整的弹性、介电、压电和机电耦合系数，是各类机电器件设计、建模与仿真计算的基础，而测量全矩阵宏观机电系数的方法以混合法最具优越性[11]。
这种混合测试方法结合了超声波测试方法、传统共振测试方法与其他测试方法的优点。
比起传统共振测试方法，不仅可以减少所需样品的数量，很大程度上还可以避免样品间性能差异所带来的误差。
更重要的是，该方法非常适合对具有工程畴结构的PMN-xPT单晶样品进行测试，解决了传统共振测试方法由于样品几何尺寸要求严格而影响晶体畴结构和宏观机电性能这一潜在问题。
通过对处于假二元体系准同型相界附近的PMN-xPT单晶的全矩阵测试，结果证实处于MPB的PMN-33%PT单晶确实表现出最佳的机电性能，并且其压电系数d33和机电耦合系数k33的最大值一定是出现在沿晶体本征[001]方向极化的样品中[12]。
但PMN-33%PT晶体存在的弱点是其机电性能的波动性较大，较难加工成为具有统一机电性能的批量样品，甚至出现其机电性能随时间推移而发生变化的现象。
组分为PMN-30%PT的近相界三方相单晶的自洽全矩阵电机系数[13]虽然略逊于PMN-33%PT单晶，但是其机电耦合系数k33和压电系数d33仍具有可观的应用价值，可以分别达到0.91和1980pC/ N。
更重要的是，该化学组分的单晶其机电性能的均一性和极化后样品机电性能的稳定性明显优于PMN-33%PT单晶，所以近相界三方相PMN-xPT单晶可能成为未来机电器件设计时的主要选择。
3PMN-xPT单晶的光学性能近年来铁电单晶PMN-xPT的光学性质也引起了各国学者的关注。
2004年，Wan等人[14]通过研究未极化的PMN-xPT(x=0.24,0.30,0.31,0.33)的椭偏光谱，发现未极化的PMN-xPT单晶由于处于无规律的多畴态，从而使晶体在宏观上呈现各向同性的赝立方结构。
2005年，Tu等人[15]通过测量极化前后PMN-0.35PT的折射率发现，随着极化的进行，晶体的各向异性逐渐明显，两个主轴折射率也逐渐分开，当将晶体极化成单畴态时，晶体表现出单轴性的各向异性，从而具有了二阶光学非线性效应。
2007年，He等人[16]通过测量常温下几个特定波长下PMN-0.35PT单晶的折射率，拟合出PMN-0.35PT的折射率色散方程。
Wan等人[17]通过研究极化前后PMN-38%PT的透射光谱，发现极化后单晶的透过率明显增加，在整个0.45~5.5μm的波段内，0.8mm厚的晶片的光学透过率约为70%，如果在晶体表面镀增透膜，透过率会更高。
从光学透过性能来看，单晶已经完全可以满足光学器件应用的要求。
随后，Wan等人[18]利用单光束椭圆偏振法测量了若干组分PMN-xPT的有效电光系数rc。
Jeong等人[19]利用双光束干涉法测4PMN-xPT单晶的声导波特性声导波器件被广泛应用在无损检测、材料表征、生物传感器、机械传感器和电子设备中，准同型相界附近的PMN-xPT单晶的优异性能也使其具有设计与制作下一代声导波器件的潜力。
因此，系统了解声导波在PMN-xPT晶体中的传播规律是非常重要的。
声导波在PMN-xPT单晶中的传播方式有体波、板波、声表面波和乐甫波等，我们的研究小组对PMN-xPT单晶中传播的体波、板波、声表面波进行了系统研究。
得出了许多有益的结论。
2001年，R.Zhang等人对PMN-xPT单晶中传播的体波进行了测量和理论计算，结果表明，由于畴壁运动的影响，体波的传播速度在某些方向明显低于传统压电材料[12]。
2007年，C.W.Chen等人利用部分波法理论模拟了沿[001]方向极化的PMN-33%PT单晶中板波的传播性质，得出了拉姆波和SH波的色散曲线[20]。
2009年我们小组又对声表面波的传播性质进行了系统研究，得出了声表面波在PMN-xPT单晶中传播的声速、机电耦合系数以及能流角随传播方向的变化规律。
结果表明PMN-xPT单晶中的声表面波具有低速、高机电耦合系数和小能流角的优势[21]。
对声导波传播规律的理论模拟为PMN-xPT晶体的进一步研究和实际应用提供了理论依据。
5结束语PMN-xPT晶体具有极其优异的机电性能，被认为是铁电领域50年来一次激动人心的突破，引起了铁电和压电领域的极大关注。
该文综述了该单晶体系的准同型相界特征、全矩阵宏观机电系数测量、光学与声学性能优化等方面的研究进展与发展方向，预示了PMN-xPT晶体将广泛地用于设计与制作新一代医学超声波换能器、水声换能器、声表面波电子器件、电光调制器等机电器件。
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