关键词:
PMN-0.3PT
压电性能调控
交流电极化
畴结构
相场模拟
摘要:
探讨了不同极化方式下Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)–0.3Pb Ti O_(3)(PMN-0.3PT)单晶的压电性能的变化。实验结果表明,相比于直流电极化,交流电极化后PMN-0.3PT单晶的压电系数d33从1421 pC/N提升至1857 pC/N,相对介电系数εr从4800提升至6650,压电系数与相对介电系数分别提升了30.7%和38.5%。为探究交流电优化机理,采用了实验和模拟相结合的方法,从极化畴结构演化的角度给出了解释。用压电力显微镜对PMN-0.3PT的畴结构进行了扫描,并利用相场模型对PMN-0.3PT的畴结构演化进行了表征,实验和模拟结果展现出相同的演化趋势;同时建立了相应的晶格演化模型进行解释。对于未极化的PMN-0.3PT单晶,畴结构呈现随机分布的状态;经过直流电极化后,电畴沿偏向电场的方向翻转,畴结构形貌呈现树枝状;在交流电极化后,PMN-0.3PT内部只存在两个不同极化方向,畴结构形貌呈现条带状。数值计算的结果表明,随着极化方式由无极化到直流极化再到交流极化,PMN-0.3PT的畴壁能从727.578变化到160.060再到57.910,伴随着畴壁能的减小,畴壁密度逐渐降低,这是导致压电性能提升的主要原因。该研究成果对深入理解弛豫铁电材料电畴结构与压电性能的内在联系及作用机理有非常重要的意义,并为优化铁电材料的压电性能给出了可行方案。