鐵電晶體的電偶極矩自發(fā)極化

鐵電晶體的電偶極矩自發(fā)極化

1.電極化的晶體結(jié)構(gòu)與氣體、液體和玻璃狀固體不同，晶銀是一種三維周期性結(jié)構(gòu)的固體，即具有位移對稱結(jié)構(gòu)的固體。晶胞作為晶體的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)個(gè)彼此互相平行而等同的平行六面體基本單位,晶胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了晶體的基本物理性能。晶體的分布非常廣泛,自然界的固體物質(zhì)中,絕大多數(shù)是晶體。1655年,在法國西部大西洋沿岸一個(gè)盛產(chǎn)葡萄酒的港口城市——拉羅歇爾(LaRochelle),藥劑師塞涅特(PierredelaSeignette)在儲藏葡萄酒的橡木桶里發(fā)現(xiàn)了一種晶體,即學(xué)名為酒石酸鉀鈉(也被稱為羅息鹽)的晶體是最早被人們發(fā)現(xiàn)的鐵電晶體。這種鐵電晶體在一定的溫度范圍內(nèi)可以自發(fā)極化,而且其極化方向可以隨外電場反向而翻轉(zhuǎn),晶體的這種性質(zhì)被稱為鐵電性,具有鐵電性的晶體被稱為鐵電晶體。以酒石酸鉀鈉為例,把構(gòu)成晶體的每個(gè)原子當(dāng)成一個(gè)點(diǎn),在這些點(diǎn)排列構(gòu)成的幾何空間格架中正負(fù)離子中心不重合,會形成固有電偶極矩,即存在著自發(fā)極化(P),使得整個(gè)晶體對外呈現(xiàn)極性。在外電場作用下,這種自發(fā)極化可以在幾個(gè)能量相同的自發(fā)極化狀態(tài)下變化,呈現(xiàn)多重勢阱的特點(diǎn)。為了降低電偶極矩相互作用的靜電能,與鐵磁物質(zhì)的磁疇相似,鐵電晶體通常由許多所謂的(幾微米至幾十微米大小的)電疇組合而成,而每個(gè)電疇具有自發(fā)極化和與它相伴隨的自發(fā)應(yīng)變。在電場作用下,鐵電體電疇壁可以移動,且電極化方向能夠隨電場方向轉(zhuǎn)向。由于形成了不同取向鐵電疇,在沒有施加外加電場進(jìn)行電極化處理前,鐵電晶體對外不顯電極化;通常需要通過施加電場極化,使鐵電晶體對外顯示出電極化強(qiáng)度(也稱為束縛電荷),表現(xiàn)出壓電、熱釋電、各向異性的介電等極化前沒有的宏觀物理性能。鐵電晶體在一定的溫度范圍內(nèi)才有自發(fā)極化強(qiáng)度,當(dāng)溫度升高到居里溫度Tc以上時(shí),自發(fā)極化消失,晶體經(jīng)歷鐵電-順電相變,居里溫度以上介電常數(shù)隨溫度變化滿足居里-外斯定律,即在居里溫度以上的順電相中晶體介電常數(shù)er與絕對溫度T有er∝(T-Tc)-1關(guān)系。鐵電體電極化隨電場而變化,極化與電場之間呈非線性關(guān)系,在電場作用下,新疇成核長大,疇壁移動,導(dǎo)致電極化轉(zhuǎn)向,其極化強(qiáng)度可隨外電場變化,從而表現(xiàn)出電滯回線的特點(diǎn)。晶體外形具有反演對稱操作(i)、旋轉(zhuǎn)對稱操作(2,3,4,6),旋轉(zhuǎn)倒反對稱操作(2,3,4,6)、對稱面操作(m)。表1總結(jié)了32個(gè)晶體宏觀對稱操作點(diǎn)群中,只有10個(gè)對稱操作點(diǎn)群的晶體具有極性,可能存在自發(fā)極化成為鐵電晶體。在鐵電物理學(xué)科三百多年來的發(fā)展中,共發(fā)現(xiàn)了上千種鐵電體,其中有許多已經(jīng)成為工業(yè)中廣泛使用的材料。根據(jù)順電-鐵電相變的微觀機(jī)制,可以將鐵電體晶體進(jìn)行分類。由順電相到鐵電相的相轉(zhuǎn)變與離子的位移緊密相聯(lián)系的為位移型鐵電晶體,例如,鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛、鈮酸鉀、鈮酸鋰等;以及順電相到鐵電相的相轉(zhuǎn)變是同晶體中氫離子有序化相聯(lián)系的有序-無序鐵電晶體,它主存在于含有氫鍵的鐵電晶體,例如,磷酸二氫銨、硫酸三甘肽(TGS)等。人們對鐵電體的種類、結(jié)構(gòu)和性能已經(jīng)有了非常深入的了解,例如除了鐵電單晶之外,還有許多不同種類的鐵電陶瓷和鐵電薄膜等不同的鐵電體材料,有關(guān)鐵電體基本理論目前已經(jīng)形成了比較成熟的鐵電物理學(xué)學(xué)科。2.弛豫鐵電材料的壓電性能所謂弛豫鐵電體,是由具有結(jié)構(gòu)相同而構(gòu)成元素種類不同的鐵電體形成的固溶體,其結(jié)構(gòu)上具有原子尺度的占位無序以及納米尺度上存在極性微區(qū)的特點(diǎn),表現(xiàn)出特殊的介電弛豫及相變特征。例如弛豫鐵電體Pb(Mg1/3Nb2/3)O3(PMN)是一類結(jié)構(gòu)和性能都很特殊的鐵電體,與正常鐵電體相比有明顯不同的特點(diǎn),圖1中橫坐標(biāo)是溫度,縱坐標(biāo)是介電常數(shù)和介電損耗,它顯示出了PMN在不同頻率下介電性能隨溫度變化的規(guī)律。從圖中可以看到和正常鐵電體BaTiO3的不同的是其介電峰比較寬,并且其峰值所對應(yīng)的溫度Tm隨測試頻率增加而升高,確實(shí)是體現(xiàn)了一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變,但是這種轉(zhuǎn)變是不同于正常的鐵電相變,在溫度Tm以上,介電常數(shù)與溫度的關(guān)系不符合居里-外斯定律而可表示為er-1∝(T-Tm)a,其中1<a≤2(a為彌散性指數(shù));而且即使冷卻到非常低的溫度(如5K),典型的弛豫鐵電體中仍然無光學(xué)各向異性和X射線衍射峰的分裂跡象,即宏觀上不出現(xiàn)向極性鐵電相的轉(zhuǎn)化,宏觀上保持了假立方順電相的結(jié)構(gòu);但是其在Tm以上相當(dāng)高的溫度,在弛豫鐵電體中就可以觀測到壓電性和二次諧波等效應(yīng)的發(fā)生,在溫度低于轉(zhuǎn)變溫度Tm以下,外加電場可以從弛豫鐵電體中誘導(dǎo)出宏觀的鐵電相,最典型的表現(xiàn)就是低溫下具有電滯回線,隨溫度升高,電滯回線逐漸向非線性退化,但即使在溫度稍高于Tm時(shí)仍可以觀察到電滯回線。鐵電晶體具有壓電性能,可以用壓電常數(shù)d=?D/?T來衡量壓電性能,其中D為電位移,T為應(yīng)力,并用機(jī)電耦合系數(shù)k來衡量其機(jī)械能和電能之間轉(zhuǎn)換的能力,壓電常數(shù)和機(jī)電耦合系數(shù)越大說明鐵電晶體的壓電性能越高。目前正在廣泛應(yīng)用的Pb(Zr1-xNbx)O3(略為PZT)鐵電陶瓷,其壓電常數(shù)d33可以達(dá)到600×10-12C/N即單位應(yīng)力作用下單位面積可產(chǎn)生600×10-12C電荷量,機(jī)電耦合系數(shù)k33可以達(dá)到70%,即在機(jī)械能-電能轉(zhuǎn)換過程中有功輸出機(jī)械能與輸入電能的比值為49%(k33的平方)。20世紀(jì)90年代末發(fā)現(xiàn)的以xPb(Mg1/3Nb2/3)O3(1-x)PbTiO3(略為PMNT或PMN-PT)為代表的弛豫鐵電單晶具有超高的壓電性能,PMNT單晶的壓電常數(shù)d33和機(jī)電耦合因數(shù)k33分別達(dá)到了2000pC/N和92%以上,大大高于常用的PZT陶瓷;場致應(yīng)變量可以達(dá)到1.7%,即對材料施加電場激勵,材料的最大應(yīng)變量可達(dá)1.7%,比PZT陶瓷材料0.1%高出了一個(gè)數(shù)量級。圖2給出了鐵電材料的壓電性能d33和機(jī)電耦合性能k33的發(fā)展歷程,正如Sciences所介紹,這是鐵電領(lǐng)域50年來的“一次激動人心的突破”。我國科技工作者于1997年在國際上率先采用改進(jìn)的Bridgman方法,生長出了大尺寸高質(zhì)量PMNT單晶,引起了國際同行的密切關(guān)注。目前所生長單晶的尺寸已達(dá)到f75×80mm(圖3),可以滿足新一代醫(yī)用B超探頭、聲納等高性能壓電超聲換能器等新一代功能器件的應(yīng)用要求,國內(nèi)外的許多研發(fā)結(jié)果都表明,弛豫鐵電單晶在高端壓電器件中具有廣泛的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景。弛豫鐵電體(1-x)Pb(B1B2)O3-xPbTiO3(B1=Mg,Zn,Ni,Fe,Sc,In;B2=Nb,Ta,W)是一種復(fù)合鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的固溶體,隨著PbTiO3(簡稱PT)含量的增加,會發(fā)生成分誘導(dǎo)的三方-四方結(jié)構(gòu)相變。與PZT系壓電陶瓷相比,具有準(zhǔn)同型相界(Morphotropicphaseboundary,簡稱MPB)組成的(1-x)Pb(B1B2)O3-xPbTiO3弛豫鐵電單晶,在準(zhǔn)同型相界附近具有特別高的壓電性能,因此弛豫鐵電單晶在MPB組分附近的壓電性能受到人們的密切關(guān)注。PMNT晶體除了具有優(yōu)異的壓電性能之外,還具有優(yōu)異的熱釋電性能和電光性能。晶體受熱或冷卻后,由于溫度變化(DT)而導(dǎo)致自發(fā)極化變化(DPs),從而在晶體某一定方向產(chǎn)生表面電荷的現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng),通常用熱釋電系數(shù)來衡量熱釋電性能的大小,即單位溫升下自發(fā)極化的變化(P=dP/dT)。而電光效應(yīng)是指在材料上施加電場時(shí),折射率性能發(fā)生變化的現(xiàn)象,電場一次項(xiàng)引起的折射率變化稱為線性電光效應(yīng),電場的二次項(xiàng)引起折射率的變化稱為二次電光效應(yīng),用電光系數(shù)來表征材料電光性能強(qiáng)弱。如PMNT單晶室溫下熱釋電系數(shù)超過12.8×10-4Cm-2K-1,優(yōu)于LiTaO3和TGS等熱釋電材料。PMNT單晶在三方相沿有比較低的介電常數(shù),在四方相沿有比較低的介電常數(shù),可以沿這些晶向選則熱釋電敏感元制備紅外探測器。此外,復(fù)合鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的PMNT單晶具有比較低的熱擴(kuò)散系數(shù),有利于在高性能熱釋電探測器,以及在熱成像系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用。弛豫鐵電單晶具有非常高的線性(Pocket效應(yīng))和二次電光(Kerr效應(yīng))性能,如PMN-0.33PT單晶的電光系數(shù)可達(dá)182×10-12m/V,比常用的電光材料鈮酸鋰單晶(19.9×10-12m/V)高出一個(gè)數(shù)量級。立方相PMN和PMN-0.08PT單晶具有較大的二次電光系數(shù),在514.5nm波長下的二次電光系數(shù)(R11-R12),分別為0.91×10-16m2/V2,8.19×10-16m2/V2,比PLZT陶瓷大得多,可廣泛應(yīng)用于電光調(diào)制器、高速光開關(guān)、可調(diào)諧濾波器和光偏轉(zhuǎn)器等光電子器件中。人們對弛豫鐵電單晶的生長、性能和器件應(yīng)用的研究都在不斷深化,許多高性能新型鐵電單晶還在不斷涌現(xiàn)。例如,廣泛引起人們關(guān)注的鈮銦酸鉛-鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(xPb(In1/2Nb1/2)O3-yPb(Mg1/3Nb2/3)O3-zPbTiO3略為PIMNT或PIN-PMN-PT)晶體,不僅具有高居里點(diǎn)、較高的三方-四方相變溫度(TTR),同時(shí)還具有較大的矯頑場(Ec),可以擴(kuò)大弛豫鐵電單晶的使用溫度和使用電場范圍。此外,近年來人們也非常關(guān)注無鉛鐵電/壓電材料的發(fā)展,例如,圍繞(Bi0.5Na0.5)TiO3-xBaTiO3單晶(NBBT)(圖4)、(K1/2Na1/2)NbO3單晶(KNN)(圖5)的研究,人們希望通過無鉛壓電單晶的研究,揭示高性能無鉛鐵電材料壓電活性的結(jié)構(gòu)特征,以及無鉛鐵電材料壓電活性的機(jī)理,從而更加有效地指導(dǎo)無鉛壓電材料的可控制備,取代目前廣泛使用的含鉛鐵電/壓電材料,以實(shí)現(xiàn)人類生存環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。3.鐵電/壓電材料與相關(guān)功能器件的發(fā)展意義鐵電材料具有優(yōu)異的鐵電、介電、壓電、熱釋電、非線性光學(xué)等豐富的物理性能,在鐵電存儲器、高性能電容器、精密致動器、電聲換能器等關(guān)鍵功能電子器件中起著不可替代的重要作用。基于鐵電材料的各種功能電子器件,廣泛應(yīng)用于信息、制造、環(huán)境、醫(yī)療、海洋、航空航天等國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)各個(gè)領(lǐng)域,相關(guān)材料及器件應(yīng)用的全球市場規(guī)模已達(dá)到了3000億美元/年。我國是鐵電/壓電材料生產(chǎn)、出口和使用的大國,預(yù)計(jì)2014年將超過歐洲,以22%的市場份額僅次于日本而位居世界第二,相關(guān)材料及器件應(yīng)用的全球市場規(guī)模,每年已達(dá)到了3000億美元,但我國還不是鐵電/壓電材料研制的強(qiáng)國,發(fā)展高性能鐵電/壓電材料和相關(guān)功能器件應(yīng)用對我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)都具有重要的戰(zhàn)略意義。下面介紹利用弛豫鐵電單晶,我們在研制超聲換能器、磁傳感器、紅外探測器等方面的主要進(jìn)展:3.1超聲成像材料的選擇應(yīng)用超聲診斷技術(shù)與X射線成像技術(shù)(XRD)、計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)(CT)以及磁共振成像技術(shù)(MRI)并稱為現(xiàn)代診斷技術(shù)的四種最重要的診斷技術(shù),由于超聲診斷具有安全、適應(yīng)面廣、直觀、可重復(fù)檢查、對軟組織鑒別力強(qiáng)、便攜靈活及價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像診斷中的首選,廣泛應(yīng)用于心臟科、婦產(chǎn)科、腹部掃描、腦中線檢測、顱內(nèi)血流檢測、眼部掃描等。超聲換能器(Ultrasonictransducer)是超聲成像和超聲檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。壓電材料是超聲換能器的換能元件,對超聲換能器的性能乃至整個(gè)超聲成像系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)和醫(yī)療技術(shù)的不斷向前發(fā)展,追求高壓電系數(shù)、高機(jī)電耦合系數(shù)以及適中的介電常數(shù)和聲阻抗特性是壓電材料發(fā)展的重要方向。在強(qiáng)大應(yīng)用需求的推動下,我們采用性能優(yōu)異的弛豫鐵電單晶PMNT和PIMNT研制了幾種具有大帶寬、高靈敏度的醫(yī)用超聲探頭。3.1.1血管檢測技術(shù)經(jīng)顱多普勒(TranscranialDopplerTCD)是用超聲多普勒效應(yīng)來檢測顱內(nèi)腦底主要動脈的血流動力學(xué)及血流生理參數(shù)的一項(xiàng)無創(chuàng)性的腦血管疾病檢查方法,主要以血流速度的高低來評定血流狀況,由于大腦動脈在同等情況下腦血管的內(nèi)徑相對來說幾乎固定不變,利用經(jīng)顱多普勒探頭進(jìn)行檢測時(shí),由于大腦血管中血流的運(yùn)動,使得檢測信號形成多普勒效應(yīng),通過多普勒效應(yīng)對檢測血管中的血流流速進(jìn)行推測,再根據(jù)腦血流速度的降低或增高就可以推測局部腦血流量的相應(yīng)改變。并且通過大腦血管中血流流量可以在臨床中得到血管收縮期血流速率、舒張期末血流速率、平均血流速率、脈動指數(shù)等血流生理參數(shù)。和常用的PZT陶瓷換能器相比較,我們制備出的基于弛豫鐵電單晶TCD探頭(圖6)的靈敏度增加了4dB。3.1.2頻域響應(yīng)信號相控陣超聲換能器由多個(gè)壓電單元按一定的規(guī)律分布排列,然后逐次按預(yù)先規(guī)定的延遲時(shí)間激發(fā)各個(gè)壓電單元,所有單元發(fā)射的超聲波形成一個(gè)整體波陣面,能有效地控制發(fā)射超聲束(波陣面)的形狀和方向,能實(shí)現(xiàn)超聲波的波束掃描、偏轉(zhuǎn)和聚焦,因此可以提供比單個(gè)或多個(gè)探頭系統(tǒng)更多觀察對象的實(shí)際大小、界面形狀的信息。超聲換能器在工作時(shí),接收信號是一個(gè)時(shí)域響應(yīng)信號,通過傅里葉變換(FFT)就可以得到換能器接收的頻域響應(yīng)信號。在信號頻域響應(yīng)曲線中,最大響應(yīng)信號下降6dB所對應(yīng)兩頻率之差與換能器中心頻率的百分比值,通常稱作為換能器的@-6dB帶寬。在頻域響應(yīng)曲線中,最大頻率響應(yīng)信號下降6dB所對應(yīng)的頻率寬度與換能器中心頻率的比值定義為換能器的@-6dB帶寬。在醫(yī)用超聲換能器的性能表征中,換能器的@-6dB帶寬越大,換能器工作時(shí)的頻域響應(yīng)寬度越大,相應(yīng)的成像效果更好。利用弛豫鐵電單晶可以大幅提高相控陣探頭的性能,我們制備出了基于弛豫鐵電單晶64元相控陣探頭(圖7)的帶寬達(dá)到了98.6%@-6dB,比PZT陶瓷探頭帶寬增加了29%。3.2磁電材料的磁電探測能力由壓電材料和磁致伸縮材料構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料,可以獲得非常強(qiáng)的磁電耦合效應(yīng)。材料的磁電效應(yīng)是指電極化隨外磁場變化,或磁矩隨外電場變化的大小。異質(zhì)結(jié)磁電復(fù)合材料的磁電效應(yīng)是一種磁-彈電耦合的間接磁電效應(yīng),磁致伸縮材料的壓磁效應(yīng)與壓電材料的壓電效應(yīng)通過界面應(yīng)變(彈性)耦合,間接實(shí)現(xiàn)磁場對電極化強(qiáng)度的控制,或電場對磁矩的控制。異質(zhì)結(jié)磁電復(fù)合材料的磁電系數(shù)比單相磁電材料可高三個(gè)量級以上,基于異質(zhì)結(jié)磁電材料,我們制備出了一種基于新型磁探測原理的高性能交變?nèi)醮艂鞲衅?。這種新型磁傳感器其磁探測極限1Hz頻率下達(dá)10-12特斯拉量級,高頻諧振狀態(tài)可以達(dá)到10-15特斯拉量級,其中磁探測極限代表了在特定信噪比要求下所能分辨的最小磁場強(qiáng)度。基于異質(zhì)結(jié)磁電材料的弱磁傳感器的工作方式如下,通過對磁電材料施加直流磁場偏置,并制作特定的封裝和電極,所制備的磁場敏感元器件輸出與外磁場變化量成正比的電信號。磁場敏感元器件配合專用的電子電路,可構(gòu)建成一種全新概念的、與傳統(tǒng)的磁場傳感器相比具有更高弱磁場探測能力的磁場傳感器,被稱之為磁電型交變?nèi)醮艂鞲衅?傳感器的組成如圖8所示。表征磁電材料磁電效應(yīng)強(qiáng)弱的參數(shù)是磁電系數(shù),磁電系數(shù)定義為極化強(qiáng)度變化量與外磁場變化量的比值,即a=?P/?H,為了方便科學(xué)研究和工程應(yīng)用,人們又定義了磁電電荷系數(shù)aQ=?Q/?H等參數(shù)。基于磁電材料的磁場敏感元準(zhǔn)靜態(tài)等效電路可近似為電荷源QH與電容CE、電阻RE并聯(lián)形式表示。介電損耗反映了材料在交變電場作用下有功功率與無功功率的比值。磁電敏感元輸出電學(xué)噪聲由介電損耗tand等效的交流電阻的熱噪聲所主導(dǎo),表述為噪聲電流功率譜密度In2J≈4kTωCEtand,其中k為玻爾茲曼常數(shù),T為溫度,ω為角頻率。因此,可以得到敏感元的噪聲等效磁場:噪聲等效磁場代表敏感元的弱磁場探測能力極限,從(1)式可以看出,敏感元的磁電電荷系數(shù)越高、電容和介電損耗越低,則噪聲等效磁場越小,弱磁場探測能力越強(qiáng)。目前基于磁致伸縮材料和壓電材料層狀復(fù)合的異質(zhì)結(jié)磁電材料獲得了較高的磁電系數(shù),其簡化的典型結(jié)構(gòu)如圖9所示。磁致伸縮材料通常選用Terfenol-D或Metglas合金。新一代的PMNT、PIMNT弛豫鐵電單晶壓電材料與傳統(tǒng)的PZT壓電陶瓷相比具有明顯的性能優(yōu)勢,壓電常數(shù)達(dá)到PZT的3~8倍,介電損耗低一個(gè)數(shù)量級,能極大地提高所制備的磁電材料及磁場敏感元器件的弱磁場探測能力。我們制備的基于弛豫鐵電單晶的高性能異質(zhì)結(jié)磁電材料,如圖10所示,其中Metglas/PIMNT多重推拉結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了aQ~3346×10-12C/Oe、CE~340×10-12F、tand~0.8%,噪聲等效磁場可以達(dá)到3.2×10-12T/Hz1/2@1Hz,其中T為磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位特斯拉。此外,我們將弛豫鐵電單晶磁電敏感元與專用前置放大器結(jié)合構(gòu)成磁電型交變?nèi)醮艂鞲衅?傳感器分別在1Hz和3Hz的有效值20×10-12特斯拉交變?nèi)醮艌黾钕?能實(shí)現(xiàn)4以上的信噪比。這種磁電型磁傳感器具有高靈敏度、小型化、室溫工作、低功耗、寬頻帶的突出綜合性能優(yōu)勢,在國防安全、生物醫(yī)學(xué)、智能交通、先進(jìn)制造等領(lǐng)域顯示出了廣泛的應(yīng)用前景。3.3熱釋電材料根據(jù)光輻射與物質(zhì)相互作用的原理不同,紅外探測器分為光敏型和熱敏型探測器。基于光電效應(yīng)的光量子探測器和基于熱釋電效應(yīng)的熱電探測器一直是紅外探測的兩大重要技術(shù)。與光量子探測器相比,熱釋電探測器具有寬的光譜響應(yīng),在室溫下工作,無需制冷,結(jié)構(gòu)緊湊,穩(wěn)定可靠,價(jià)格低廉等諸多優(yōu)點(diǎn),從而在人體探測、智能家居、環(huán)境氣體污染監(jiān)測、紅外成像、紅外光譜儀等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。熱釋電紅外探測器的核心元件之一是靈敏元,當(dāng)前用于制備熱釋電靈敏元的傳統(tǒng)熱釋電材料,如水溶性晶體硫酸三甘肽(TGS)及其改性材料、氧化物晶體鉭酸鋰(LiTaO3)、鐵電材料鈦酸鍶鋇(BST)以及鉭鈧酸鉛(PST)等,它們已在軍事和商業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。為進(jìn)一步提高熱釋電紅外探測器的探測能力,探索同時(shí)具有高熱釋電系數(shù)、低介電損耗和高溫度穩(wěn)定性的新型熱釋電材料一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。弛豫鐵電單晶鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMNT),Mn摻雜PMNT,三元系鈮銦酸鉛-鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PIMNT)和Mn摻雜PIMNT不僅具有優(yōu)異的壓電性能,而且還具有非常優(yōu)異的熱釋電性能。通過對弛豫鐵電單晶的介電、熱釋電性能隨固熔體組成、結(jié)晶學(xué)取向的研究,我們發(fā)現(xiàn),取向的PMN-0.2