[发明专利]一种三方相弛豫铁电单晶退极化抑制方法

说明书

一种三方相弛豫铁电单晶退极化抑制方法。本发明属于压电材料领域。本发明的目的是为了解决三方相弛豫铁电单晶由于矫顽场较低，在大驱动电场的作用下容易退极化的技术问题。本发明根据晶体畴结构和各向异性特征选择晶体切型、极化方向和压应力施加方向，以确保所选三方相弛豫铁电单晶的自发极化方向向极化方向旋转，从而确定极化方向和压应力施加方向，并通过施加合适的压应力对单晶退极化场强展开调控，从而增大退极化场强，抑制驰豫铁电单晶退极化。本发明的方法无需使用复杂的直流偏置装置或额外电子元件，不增加整体系统的复杂度，操作简单，易于实现，可提高三方相弛豫铁电单晶所能承受的驱动电场强度，有效提高换能器最大声源级和输出功率。

技术领域

本发明属于压电材料领域，具体涉及一种三方相弛豫铁电单晶退极化抑制方法。

背景技术

水声换能器通常由锆钛酸铅(PbZr_0.52Ti_0.48O₃或PZT)多晶压电陶瓷材料、弛豫铁电单晶或压电陶瓷-聚合物复合材料等压电材料驱动。作为声纳系统的最前端，水声换能器承担着发射与接收声波的任务，广泛应用于船舶和潜艇声纳、海洋资源勘探、环境保护和医疗装备等领域。为实现对水下安静目标的远距离探测与识别，需要水声换能器输出功率尽可能高的声波。

压电材料能够实现电能与机械能的相互转换，是水声换能器的核心组成部分。相比传统锆钛酸铅(PbZr_0.52Ti_0.48O₃或PZT)多晶压电陶瓷材料，以Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃(PZN-PT)、Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃(PMN-PT)和Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃(PIN-PMN-PT)为代表的三方相铅基弛豫铁电固溶体单晶具有更加优异的压电性能和应变能力，能够实现大带宽、高效率、高响应的换能器设计。

为了获得最大输出功率，换能器通常由交流电场驱动以谐振模式向传播介质中辐射声波，声波的振幅大小由压电效应、机械品质因数以及驱动电场共同决定。换能器能够承受的最大正、负向驱动电场分别受驰豫铁电单晶材料的相变场强和退极化场强限制，以保证单晶处于最佳极化状态的三方相，能够稳定工作。然而，由于驰豫铁电单晶矫顽场较低，在大负向驱动电场的作用下容易退极化，严重影响换能器的电学稳定性。

发明内容

本发明的目的是为了解决三方相弛豫铁电单晶由于矫顽场较低，在大驱动电场的作用下容易退极化的技术问题，而提供一种三方相弛豫铁电单晶退极化抑制方法。

本发明的一种三方相弛豫铁电单晶退极化抑制方法按以下步骤进行：

步骤1：根据三方相弛豫铁电单晶畴结构和各向异性特征选择切型、极化方向和压应力施加方向，以确保所选三方相弛豫铁电单晶的自发极化方向能够在压应力的作用下向极化方向旋转，从而确定极化方向和压应力施加方向；

步骤2：按照步骤1确定的压应力施加方向，向所选三方相弛豫铁电单晶施加一定大小的压应力，然后根据步骤1确定的极化方向，使用直流电源向所选三方相弛豫铁电单晶施加与该极化方向相反的负向电场，测量不同电场强度下的单晶应变，绘制电场-应变曲线，从而得到该压应力作用下的退极化场强；

步骤3：重复步骤2若干次，以得到不同压应力作用下的退极化场强，每次重复步骤2的操作前需要使退极化后的三方相弛豫铁电单晶重新极化，然后再重复步骤2的操作，最终得到三方相弛豫铁电单晶的压应力-退极化场强曲线；