高性能铁电单晶的微观力学行为研究

新型弛豫铁电单晶是一类电学性能比传统压电陶瓷PZT优异得多的电子功能材料。本课题将以PZNT、PMNT和PINT等弛豫铁电单晶为对象，采用显微维氏硬度法和纳米压痕法并结合其他实验手段对不同晶向的微观力学行为进行研究和比较。获得该类材料极化前后的各项显微力学参数，明确其各向异性特征。探讨弛豫铁电单晶电畴结构对裂纹扩展的阻挠效应以及裂尖附近的电畴演化情况，建立相应畴变模型。利用外加电场研究电致裂纹的扩展和裂尖附近电畴的变化规律。弄清弛豫铁电单晶纳米力学性能特征及其压痕尺寸效应，提出一种解释压痕尺寸效应的物理模型。该项目的实施不仅为晶体材料的应用及可靠性分析提供参考依据，而且将加深对弛豫铁电单晶的理解。

新型弛豫铁电单晶（如PZNT、PMNT、PINT）是一类具有优异压电性能的电子功能材料，在医学超声成像、水声器件、驱动器、超声马达以及热释电器件等领域具有广阔的应用空间。然而，新型弛豫铁电单晶极易破碎，在晶体加工、器件设计和制作过程中均可能因为材料的破碎而造成器件寿命降低甚至失效。因此，对新型弛豫铁电单晶的力学行为进行探索显得非常重要。本项目从微观力学性能角度出发，采用显微维氏硬度法和纳米压痕法等技术比较了PZNT、PMNT、PINT等几种新型弛豫铁电单晶材料的力学参数，研究了新型弛豫铁电单晶的力学性能各向异性特征，同时探索了材料力学性能与载荷的依赖关系。通过化学腐蚀法以及外加电场等手段研究了新型弛豫铁电单晶的微观畴动力学行为。此外，分析比较了新型弛豫铁电单晶与其他软硬材料力学性能的差别。本项目至今发表论文7篇，申请专利1项。