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压电材料研究的新趋势(二)

提供者:北京华测试验仪器有限公司   发布时间:2021/1/5  阅读次数:218次   进入该公司店铺我要询价

 

高性能化

内容高性能化中zui突出的是压电材料的单晶化。从压电材料的发展趋势图 2 中,可以看出,在过去的二三十年里,压电陶瓷的 d33 直没有取得明显地提高。直到 20 世纪 90 年代以来,以PMN-PT 和 PZN-PT 为代表弛豫铁电单晶的新型压电材料的发现掀起了高 d33,k33 单晶研究的高潮。

1997 年国际上开始陆续成功生长出接近实用化要求的大尺寸高质量的弛豫铁电单晶,如T.Kobayashi 等用改进的助溶剂法生长出zui大尺寸为 43 mm×42 mm×40 mm 的 PZN-PT 单晶,机电性能 K33高达 92%,压电性能 d33达 2000 pC/N,[001]方向的电致应变为 1.7%,储能密度大 130 J/kg,几乎高出传统 PZT 陶瓷 10 倍。美国《Science》杂志评述认为,这是半个世纪以来压电材料域取得的激动人心的重大突破,有望带动下代宽带、高灵敏度、高分辨率医学超声换能器、大位移驱动器及其它机电器件的升换代。2000 年《Nature》杂志也对获得突破性进展的新型压电单晶方面的研究进行了报道。在我国较早开展此类晶体生长研究的中科院上海硅酸盐研究所和西安交通大学,在基础研究和晶体生长工艺方法探索方面取得了卓有成效的成果,并发展出有自身特色的单晶方法,在生长技术、工艺参数、性能表征等方面具备良好的基础,目已能批量生长高质量的PMN-PT单晶,晶体尺寸可达φ50 mm×80 mm,而且生长方法比较成熟、重复性和稳定性较好,其性能指标和单晶尺寸度处于国际先水平。

由于国内外科研技术人员对单晶生长的不懈努力,近些年来,弛豫铁电晶体生长尺寸、数量、质量已基本达到满足实际应用的要求(如 TRS 公司近年来已能生长直径 100 mm 的 PMN-PT 和PIN-PMN-PT 晶体以及 MMT 公司能生长直径75 mm,长度超过 200 mm 的 PZNT 晶体,见图 3所示),这为相应的器件应用及产品的商业化奠定了基础。目,在民用方面,弛豫铁电单晶已成功地应用于医用超声成像的gao档 B 超探头上,使其图像分辨率和频带宽度大大提高,图像质量大大改善。美国 GE 公司和日本东芝公司等目已有商用的产品提供。据估算,这方面的年市场额度将达到20 亿美元。在军用方面,美国海军部门对这种性能优异的新型压电单晶高度重视,投入了大量的资金和人力,以期利用这种材料大大提高水声换能器的作用距离,推出新代的具有强大水下威慑力量的超远程水下感知探测能力的水下武器装备。相关家认为旦研制成功预计将对水下声呐工程技术域带来重大的影响,尤其是随着弛豫铁电单晶提高居里温度到传统 PZT 陶瓷水平上的研究工作的展开,陆续生长出了居里温度在 360 ℃ 的Pb(Yb0.5Nb0.5)O3-PbTiO3 晶体,(其压电性能 d33 达2500 pC/N)以及其他较高居里温度的 Pb(In0.5Nb0.5) O3-PbTiO3 ( PINT )晶体和 (1-x)Pb(Sc0.5Nb0.5)O3- xPbTiO3(PSNT)晶体等,其新声呐器件的性能会更加优异。

 

 

压电材料研究的新趋势(二)

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