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本文着重于弛豫铁电体材料的相变研究,另外对弛豫铁电单晶中的低温介电弛豫现象也进行了研究。
用两步法制备了不同组分的纯钙钛矿相的PMNT陶瓷。通过介电测量、X-ray衍射和电滞迥线的测量对所制备的弛豫铁电体陶瓷进行了表征,发现样品介电性能、衍射谱和电滞迥线与其他文献所报道的一致。
研究了不同组分的PMNT陶瓷音频范围的内耗和杨氏模量随温度的变化关系。(a)对PMN样品,在介电常数峰温Tm附近,内耗出现一个台阶式的变化,杨氏模量出现极小值。这是由于极性纳米微畴的弛豫引起的。考虑随着温度降低,极性纳米微畴的生长以及弛豫时间的宽化,PMN内耗和杨氏模量的行为得到很好的解释。(b)对于PMNT13、23和33样品,在Tr-f温度,可以观察到一个相变型的内耗峰和杨氏模量的软化,对应于其中发生了弛豫铁电到铁电(R-F)的相变,这个相变可以归因于弛豫铁电体中的顺电母相基底发生了顺电到铁电(P-F)的相变。(c)对于所有的低PT含量的PMNT样品,杨氏模量上都可以观察到两个的转折。高温的模量的转折可以归因于应力导致的极性纳米微畴的弛豫;而发生在Vogel-Fulcher温度附近的低温的模量的转折,伴随着一个内耗峰,可以归因于发生了铁电相变,并且此相变随着PT含量的降低而减弱。(d)PMNT陶瓷样品低频内耗测量结果表明,在PMNT13、23和33中,与R-F相变相联系的内耗峰随频率的升高降低,随升温速率的增加而增加,具有典型的一级相变特征。
研究了PMNT33单晶样品在室温以上温度的介电性能。可以观察到R-F相变引起的介电常数的突变。最有意思的结果是其铁电相的介电常数强烈地依赖于通过R-F相变点的降温速率。认为降温速率会影响铁电相的铁电畴的尺寸,从而使铁电相的介电常数发生变化。
通过变温的偏光显微镜研究了不同晶体取向的弛豫铁电体PMNT33单晶样品的相结构,发现了铁电三方相-铁电单斜MA相-高温弛豫铁电立方相的相变次序。实验发现,单斜MA相的消光位置,随着温度的升高发生变化,逐渐从三方相消光位置向四方相消光位置靠拢,这反映了单斜MA相极化方向从<111>方向向<001>方向的旋转。另外,实验中没有观察到铁电四方相,单斜MA相作为三方相到四方相的过渡相存在,但是在其转变为立方相前最终没有转变为四方相。对R-F相变和单斜-三方的相变的过程进行了实时的偏光显微镜观察,发现铁电-弛豫铁电相相变温区很窄,相变过程时间短,并且新相的形成是整体推进的方式进行的;室温附近的相变具有明显的一级相变特征,相变是以成核生长的方式进行的。另外还发现弛豫铁电体单晶样品的相的稳定性受热处理条件影响很大。说明弛豫铁电体单晶组分的空间差异在小样品中不是很大,弛豫铁电体室温附近的相共存不是由于组分的起伏引起的,而是由其相变的一级相变本质所决定的。
研究了弛豫铁电体PZNT单晶低温不同频率下的介电响应行为。在180K温度以下发现了一个明显的介电弛豫现象,此介电弛豫过程有着很宽的弛豫时间分布,介电损耗的峰温与频率的关系满足Vogel-Fulcher关系。此过程与低温下弛豫铁电体中铁电畴由于点缺陷对其的町扎而产生的冻结行为有关。