大尺寸PMT-PT单晶生长、结构与电学性能*

朱乾隆，惠增哲，李晓娟，陈怡菲，龙 伟

(西安工业大学 材料与化工学院/陕西光电功能材料与器件重点实验室，西安 710021)

具有Pb(B1B2)O3(B1为低价阳离子，B2为高价阳离子)结构的复合钙钛矿弛豫铁电体因其优异的压电和热释电性能而备受关注[1-3]，如铌镁酸铅(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3，简称PMN)基复合铁电体。钽镁酸铅(Pb(Mg1/3Ta2/3)O3，简称 PMT)是一种具有与PMN相似的立方对称性弛豫铁电化合物。据报道[4-6]，PMT居里温度(Tc)为-88 ℃至-85 ℃[7-10]，这不利于其在商业的应用。但钛酸铅(PbTiO3，PT)表现出极高的居里温度Tc≈490 ℃。因此，当PMT和PT形成固溶体[11]时，居里温度会随PT含量的变化而变化。到目前为止，人们对PMT-xPT陶瓷的晶体学、介电和微观结构特性进行了大量的研究。文献报道[12-13]在摩尔分数x≈0.38% PbTiO3含量时，介电常数和热释电系数最大；在x≈0.34% PbTiO3含量时，其自发极化强度最大。然而，关于PMT-PT单晶的报道很少，主要原因是原料的熔点较高，在高温下容易造成坩埚的腐蚀和泄漏。

布里奇曼法是生长大尺寸弛豫铁电单晶的主要方法，但该方法生长晶体所需设备复杂，晶体生长过程中对温度要求严格，晶体生长周期相比其他方法较长，且所需的成本比较高。因此，该方法不适合新体系PMT-PT单晶生长工艺探索研究。气相法、溶液法和固相法等多种方法已广泛应用于各种单晶的制备[14-16]。溶液法是一种重要的晶体生长技术，优点是设备简单、生长周期短、成本低，更重要的是通过台阶式生长会有自然暴露的晶面，通常为晶体的特征面，很适合用来探索新体系单晶的最优组分和生长工艺。

基于以上分析，文中将在PMT基体中引入适当高居里温度PT组分，采用高温溶液法生长准同型相界(MPB)组分PMT-xPT单晶，其中摩尔分数x=38%。……