极性纳米工程化的弛豫PbTiOi铁电晶体的制作方法

技术特征：

1.一种弛豫pt基压电晶体，包括通式

(pb1-1.5xmx)

{[(mi,mii)1-z(mi’,mii’)z]1-ytiy}o3，

其中：

m是稀土阳离子；

mi选自由mg²⁺、zn²⁺、yb³⁺、sc³⁺和in³⁺组成的组；

mii是nb⁵⁺；

mi’选自由mg²⁺、zn²⁺、yb³⁺、sc³⁺、in³⁺和zr⁴⁺组成的组；

mii’是nb⁵⁺或zr⁴⁺；

0＜x≤0.05；

0.02＜y＜0.7；和

0≤z≤1，

如果mi’或mii’是zr⁴⁺，则mi’和mii’是zr⁴⁺。

2.根据权利要求1所述的晶体，其中z是0，晶体为二元晶体。

3.根据权利要求2所述的晶体，其中mi选自由mg²⁺、zn²⁺、yb³⁺、sc³⁺和in³⁺组成的组，以及mii是nb⁵⁺。

4.根据权利要求1所述的晶体，其中z大于0，晶体为三元晶体。

5.根据权利要求4所述的晶体，其中mi选自由mg²⁺、zn²⁺、yb³⁺、sc³⁺和in³⁺组成的组，以及mii是nb⁵⁺，以及mi’和mii’各自为zr⁴⁺。

6.根据权利要求4所述的晶体，其中mi和mi’各自独立地选自由mg²⁺、zn²⁺、yb³⁺、sc³⁺和in³⁺组成的组，以及mii和mii’各自为nb⁵⁺。

7.根据权利要求1所述的晶体，其中m选自由la³⁺、ce³⁺、pr³⁺、nd³⁺、pm³⁺、sm³⁺、eu³⁺、gd³⁺、tb³⁺、dy³⁺、ho³⁺、er³⁺、tm³⁺、yb³⁺、lu³⁺和其组合组成的组。

8.根据权利要求7所述的晶体，其中m是sm³⁺。

9.根据权利要求1所述的晶体，其中晶体是m改性pb(mg1/3nb2/3)o3-pbtio3(“pmnt”)。

10.根据权利要求1所述的晶体，其中晶体是m改性pb(in1/2nb1/2)o3-pb(mg1/3nb2/3)o3-pbtio3(“pin-pmn-pt”)。

11.根据权利要求10所述的晶体，其中晶体是1mol％sm:26pin-pmn-28pt。

12.根据权利要求10所述的晶体，其中晶体是1mol％sm:26pin-pmn-30pt。

13.根据权利要求10所述的晶体，其中晶体是0.5mol％sm:26pin-pmn-30pt。

14.根据权利要求1所述的晶体，其中晶体包括选自由三方、正交、四方及其组合组成的组的相。

15.根据权利要求1所述的晶体，其中相对于具有比较式pb{[(mi，mii)1-z(mi’，mii’)z]1-ytiy}o3的比较晶体，其中该比较晶体在极化后具有y、z、mi、mii、mi’、mii’的相同的选择和值以及相同的晶体对称性，所述晶体沿三方相截面表现出至少少25％的介电常数和压电系数的变化。

16.根据权利要求1所述的晶体，其中相对于具有比较式pb{[(mi，mii)1-z(mi’，mii’)z]1-ytiy}o3的比较晶体，其中该比较晶体在极化后具有y、z、mi、mii、mi’、mii’的相同的选择和值以及相同的晶体对称性，所述晶体表现出至少高20％的压电系数。

17.根据权利要求1所述的晶体，其中相对于具有比较式pb{[(mi，mii)1-z(mi’，mii’)z]1-ytiy}o3的比较晶体，其中该比较晶体在极化后具有y、z、mi、mii、mi’、mii’的相同的选择和值以及相同的晶体对称性，所述晶体表现出至少高20％的自由介电常数。

18.根据权利要求1所述的晶体，其中相对于具有比较式pb{[(mi，mii)1-z(mi’，mii’)z]1-ytiy}o3的比较晶体，其中该比较晶体在极化后具有y、z、mi、mii、mi’、mii’的相同的选择和值以及相同的晶体对称性，所述晶体表现出至少高20％的钳位介电常数。

19.根据权利要求1所述的晶体，其中0.0015≤x≤0.025。

20.根据权利要求1所述的晶体，其中0.25≤y≤0.35。

21.根据权利要求1所述的晶体，其中0≤z≤0.40。

22.一种用于形成弛豫pt基压电晶体的方法，包括：

通过在第一煅烧温度下煅烧混合氧化物以预合成前体材料；

将前体材料和单一氧化物混合以及在低于第一煅烧温度的第二煅烧温度下煅烧，以形成具有通式(pb1-1.5xmx){[(mi,mii)1-z(mi’,mii’)z]1-ytiy}o3的喂入材料；和

通过bridgman方法从喂入材料生长具有通式(pb1-1.5xmx){[(mi,mii)1-z(mi’,mii’)z]1-ytiy}o3的弛豫pt基压电晶体，

其中：

m是稀土阳离子；

mi选自由mg²⁺、zn²⁺、yb³⁺、sc³⁺和in³⁺组成的组；

mii是nb⁵⁺；

mi’选自由mg²⁺、zn²⁺、yb³⁺、sc³⁺、in³⁺和zr⁴⁺组成的组；

mii’是nb⁵⁺或zr⁴⁺；

0＜x≤0.05；

0.02＜y＜0.7；和

0≤z≤1，

如果mi’或mii’是zr⁴⁺，则mi’和mii’是zr⁴⁺。

23.根据权利要求22所述的方法，其中喂入材料为至少98％钙钛矿相。

24.根据权利要求22所述的方法，其中喂入材料为纯钙钛矿相。

25.根据权利要求22所述的方法，其中前体材料选自由钨铁矿、innbo4、和铌铁矿、mgnb2o6组成的组。

26.根据权利要求22所述的方法，其中单一氧化物选自由pbo/pb3o4、tio2、以及稀土氧化物组成的组。

27.根据权利要求22所述的方法，其中第一煅烧温度范围为1000-1300℃。

28.根据权利要求22所述的方法，其中第二煅烧温度范围为700-950℃。

29.根据权利要求22所述的方法，其中bridgman方法包括两个加热区bridgman熔炉，所述熔炉具有高于喂入材料的熔点20-150℃的上加热区和低于喂入材料的熔点50-300℃的下加热区。

30.根据权利要求28所述的方法，其中bridgman熔炉包括上加热区和下加热区之间的＜50℃/cm的轴向温度梯度。

技术总结
公开了弛豫PT基压电晶体，其包括通式(Pb1‑1.5xMx){[(MI,MII)1‑z(MI’,MII’)z]1‑yTiy}O3，M是稀土阳离子；MI选自由Mg2+、Zn2+、Yb3+、Sc3+、和In3+组成的组；MII是Nb5+；MI'选自由Mg2+、Zn2+、Yb3+、Sc3+、In3+、和Zr4+组成的组；MII’是Nb5+或Zr4+；0＜x≤0.05；0.02＜y＜0.7；和0≤z≤1，如果MI’或MII’是Zr4+，则MI’和MII’是Zr4+。公开了用于形成弛豫PT基压电晶体的方法，其包括：通过在第一煅烧温度下煅烧混合氧化物来预合成前体材料，将前体材料与单一氧化物混合并在低于第一煅烧温度的第二煅烧温度下煅烧以形成喂入材料，并通过Bridgman方法从喂入材料中生成具有通式(Pb1‑1.5xMx){[(MI,MII)1‑z(MI’,MII’)z]1‑yTiy}O3的弛豫PT基压电晶体。

技术研发人员：罗军;W·S·哈肯贝格尔;李飞;张书军;T·R·旭洛特
受保护的技术使用者：TRS技术股份有限公司;宾夕法尼亚州立大学研究基金会
技术研发日：2018.08.31
技术公布日：2020.05.08