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PT含量变化对PMN-PT单晶的大功率性能影响
王晓波, 朱于良, 薛稳超, 史汝川, 骆柏锋, 罗骋韬
无机材料学报    2025, 40 (7): 840-846.   DOI:10.15541/jim20240469
摘要   (144 HTML1 PDF(pc) (812KB)(63)  

PMN-PT(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3)压电单晶材料因其优异的性能而得到广泛的应用, 不同组分的配比含量会对PMN-PT压电单晶的性能产生较大影响。同时PMN-PT在大功率上的应用快速发展, 材料参数都是在小信号(1 V)下测试完成的, 而不同PT含量对PMN-PT单晶在大功率应用下的性能影响尚不明确。本研究基于恒压法搭建了完整的压电材料大功率测试平台, 对比测试不同PT含量的PMN-PT单晶在大功率电压激励下的性能表现, 以10 mm×3 mm×0.5 mm的PMN-PT单晶为例, 探究材料参数变化。结果显示: 不同PT含量的PMN-PT单晶在大功率激励下的材料参数变化趋势相同, 但变化程度有较大不同。以PT含量为26%(摩尔百分数)的PMN-PT单晶为例, 当功率达到7.90 W时, 压电系数$d_{31}$增加25%, 弹性耦合系数$s_{11}^{E}$增加13%, 机电耦合系数$k_{31}$增加17%, 机械品质因数$Q_{\mathrm{m}}$下降73%。随着PT含量增加, PMN-PT材料更易受温度的影响, 功率耐受性显著降低, 更易达到退极化温度, 导致压电性能消失。基于本工作的研究结果, 可以更好地明确PT含量对PMN-PT单晶在大功率应用下的影响规律, 从而为以PMN-PT为敏感元件的传感器或换能器设计提供可靠的数据支持。



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Fig. 5 $k_{31}$ curves of PMN-PT with different PT contents
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