一种压电材料的极化方法和应用技术

本发明专利技术提供一种压电材料的极化方法和应用。本发明专利技术所述的极化方法包括如下步骤：S1：将压电材料装在极化装置上，置于空气或绝缘媒质中，并调整至极化温度；S2：脉冲极化：极化电压选自脉冲电压，极化时，各个脉冲电压的方向保持一致。采用本发明专利技术的极化方法，使含有两种以上晶体结构的铁电压电材料的压电性能得到显著提升，具有很高的应用价值。具有很高的应用价值。具有很高的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种压电材料的极化方法和应用


[0001]本专利技术涉及压电材料
，特别是一种压电材料的极化方法和应用。

技术介绍

[0002]压电材料具有机械能和电能的转化能力，广泛应用于现代电子工业和国防技术，例如压电传感器、执行器、换能器和驱动器等。具有铁电性的无机压电材料由于具有比较高的压电性能而成为压电材料应用的主力军。自铁电性发现以来，发现了钛酸钡、锆钛酸铅、弛豫铁电单晶等性能优异的压电材料。
[0003]随着科学技术的不断发展，高性能器件对压电材料的压电性能的要求越来越高。常用提高压电材料压电性能的方法是化学方法，例如化学掺杂替代、结构调控、复相材料等。通过化学调控压电材料的性能往往提高一种性能的同时牺牲了另一性能，很难做到两全其美。铁电材料中由于具有丰富的电畴结构，通过调控电畴结构的畴工程方法是优化铁电材料压电性能的另一方法。相比于化学方法，畴工程方法在不损失铁电材料的其它性能(例如居里温度)的同时可以提高压电性能。极化工艺是铁电材料获得压电性能的关键工序，通过极化方法设计提高压电材料的压电性能具有简便、实用、高效的特点。
[0004]铁电材料含有三方钙钛矿相组分、四方钙钛矿相组分等中的至少一种。当沿铁电材料的[001]方向极化时，对于三方钙钛矿相组分，其极化方向为非极轴极化；对于四方钙钛矿相组分，其极化方向为极轴极化。而现有技术中，铁电材料极化的方法通常采用直流极化、交流极化。直流极化容易导致畴长得太大，不利于获得高压电性能。交流极化由于高电压时间短，导致极化不完全而产生寄生振动模式和影响高压电性能的获得，另一方面，交流极化不适用于极轴方向极化。而铁电材料中的晶体通常含有两种以上结构，现有的技术方法无法实现最优的极化。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种压电材料的极化方法和应用，使压电材料充分极化，并且能控制电畴尺寸和电畴结构，提升压电材料的压电性能。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种压电材料的极化方法，所述极化方法包括如下步骤：
[0008]S1：将压电材料装在极化装置上，置于空气或绝缘媒质中，并调整至极化温度；
[0009]S2：脉冲极化：极化电压选自脉冲电压，极化时，各个脉冲电压的方向保持一致。
[0010]根据本专利技术的实施方案，所述压电材料选自具有铁电性的压电材料。优选地，所述压电材料含有三方钙钛矿相组分、四方钙钛矿相组分等中的至少一种。
[0011]优选地，所述铁电性的压电材料选自具有钙钛矿结构的铁电压电材料、具有钙钛矿结构的铁电单晶材料、具有钙钛矿结构的弛豫铁电单晶材料中的至少一种。
[0012]示例性地，所述压电材料选自铌铟酸铅
‑
钛酸铅铁电单晶，所述铌铟酸铅
‑
钛酸铅铁电单晶的分子式为(1
‑
x)Pb(In
1/2
Nb
1/2
)O3‑
xPbTiO3(记为(1
‑
x)PIN
‑
xPT)，其中，x＝0.1
‑
0.9，优选为0.3
‑
0.4，例如为0.655PIN
‑
0.345PT。
[0013]根据本专利技术的实施方案，本专利技术对所述压电材料的形状不做具体限定，可根据本
已知的方式处理，例如所述压电材料的形状选自圆片、方片、柱状等。
[0014]根据本专利技术的实施方案，所述压电材料的上下表面还设置有导电电极。所述导电电极可采用本
已知的方法得到，例如通过电镀制备得到导电电极。
[0015]优选地，本专利技术对所述导电电极不做具体限定，可采用本
已知的导电材料，例如所述导电电极选用导电金属材料，如导电金属材料为金或银。
[0016]根据本专利技术的实施方案，所述绝缘媒质选自硅油。本专利技术中对硅油不做具体限定，只要能实现防止在极化过程中由于空气被击穿从而对样品产生影响即可。
[0017]根据本专利技术的实施方案，步骤(1)中，极化温度为10℃
‑
100℃，优选为20℃
‑
80℃，例如为10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃。
[0018]根据本专利技术的实施方案，步骤(2)中，所述脉冲电压选自任意波形的脉冲电压，例如选自矩形脉冲、梯形脉冲、三角脉冲、正弦脉冲中的至少一种波形。
[0019]优选地，所述脉冲电压大小为1
‑
50kV/cm，优选为10
‑
50kV/cm，例如为10、15、20、24kV/cm。
[0020]优选地，脉冲电压的单个脉冲电压时间为0.01秒
‑
1秒，例如为0.01秒、0.02秒、0.03秒、0.04秒、0.05秒、0.06秒、0.07秒、0.08秒、0.09秒、0.1秒、0.5秒、1秒。
[0021]优选地，步骤(2)中，脉冲次数大于等于2次，优选为10
‑
100次，例如为10次、20次、30次、40次、50次、60次、70次、80次、90次、100次。
[0022]优选地，步骤(2)中，单个间隔时间0.01秒
‑
1秒，优选为0.05秒
‑
0.1秒，例如为0.05秒、0.06秒、0.07秒、0.08秒、0.09秒、0.1秒。
[0023]示例性地，步骤(2)中，所述脉冲电压大小为24kV/cm，单个脉冲时间为0.12秒，脉冲间隔时间0.08秒，脉冲次数为20次。
[0024]示例性地，步骤(2)中，所述脉冲电压大小为24kV/cm，单个脉冲时间为0.1秒，脉冲间隔时间0.1秒，脉冲次数为20次。
[0025]示例性地，步骤(2)中，所述脉冲电压大小为24kV/cm，单个脉冲时间为0.03秒，脉冲间隔时间0.07秒，脉冲次数为20次。
[0026]示例性地，步骤(2)中，所述脉冲电压大小为16kV/cm，所述单个脉冲时间为0.1秒，脉冲间隔时间0.1秒，脉冲次数为20次。
[0027]根据本专利技术的实施方案，所述极化方法还包括：S3：极化完成后，撤去极化电压，测试经过极化处理后的压电材料的压电系数。
[0028]优选地，在测试压电系数前，压电材料还需要静置。优选地，静置时间为5
‑
48小时，例如5小时、10小时、12小时、15小时、20小时、24小时、30小时、35小时、40小时、45小时、48小时。
[0029]专利技术人发现，提高极化温度可以降低极化电压，同时减少空气或绝缘介质的电荷效应对样品产生的影响；脉冲间隔时间可以适当老化压电材料，有利于单次脉冲极化后电畴的稳定，保证充分极化。
[0030]本专利技术还提供上述压电材料的极化方法的应用。
[0031]本专利技术还提供一种经上述极化方法处理后得到的压电材料。
[0032]根据本专利技术的实施方案，所述压电材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压电材料的极化方法，其特征在于，所述极化方法包括如下步骤：S1：将压电材料装在极化装置上，置于空气或绝缘媒质中，并调整至极化温度；S2：脉冲极化：极化电压选自脉冲电压，极化时，各个脉冲电压的方向保持一致。2.根据权利要求1所述的极化方法，其特征在于，所述压电材料选自具有铁电性的压电材料。优选地，所述压电材料含有三方钙钛矿相组分、四方钙钛矿相组分等中的至少一种。优选地，所述铁电性的压电材料选自具有钙钛矿结构的铁电压电材料、具有钙钛矿结构的铁电单晶材料、具有钙钛矿结构的弛豫铁电单晶材料中的至少一种。示例性地，所述压电材料选自铌铟酸铅
‑
钛酸铅铁电单晶，所述铌铟酸铅
‑
钛酸铅铁电单晶的分子式为(1
‑
x)Pb(In
1/2
Nb
1/2
)O3‑
xPbTiO3，其中，x＝0.1
‑
0.9。3.根据权利要求1或2所述的极化方法，其特征在于，所述压电材料的上下表面还设置有导电电极。优选地，所述导电电极选用导电金属材料，如导电金属材料为金或银。优选地，所述绝缘媒质选自硅油。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的极化方法，其特征在于，步骤(1)中，极化温度为10℃
‑
100℃，优选为20℃
‑
80℃。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的极化方法，其特征在于，步骤(2)中，所述脉冲电压选自任意波形的脉冲电压，例如选自矩形脉冲、梯形脉冲、三角脉冲、正弦脉冲中的至少一种波形。优选地，所述脉冲电压大小为1
‑
50kV/cm，优选为10
‑
50kV/cm。优选地，脉冲电压的单个脉冲电压时间为0.01秒
‑
1秒。优选地，步骤(2)中，脉冲次数大于等于2次，优选为10
‑
100次。优选地，步骤(2)中，单个间隔时间0.01秒
‑
1秒。6.根据权利要求1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：何超，龙西法，熊俊杰，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：