鈮酸鋰晶體改性及溫度系數(shù)與切型相關(guān)性研究.pdf

1、針對LN晶體作為聲表面波壓電材料溫度系數(shù)高和作為光折變材料二波耦合增益系數(shù)低等不足，對其進(jìn)行了摻雜改性和擴(kuò)散改性，并對其切型與溫度系數(shù)的關(guān)系進(jìn)行了理論研究，探討了改變切型降低溫度系數(shù)的可能性。
　　采用熔鹽提拉法及上浮秤等徑控制、變轉(zhuǎn)速提拉和極化退火一步后處理技術(shù)，生長了光學(xué)均勻性較好的摻雜LN晶體。用干涉條紋法表征了摻雜改性LN晶體和擴(kuò)散改性LN晶體的品質(zhì)。結(jié)果表明，改性LN晶體的雙折射梯度在6×10-3以下，符合制作聲表面波器

2、件的質(zhì)量要求。
　　對摻雜 LN晶體的光折變性能進(jìn)行了研究。二波耦合和四波耦合實(shí)驗(yàn)表明：Eu:Ce:LN晶體比純LN晶體具有更高的衍射效率、二波耦合增益系數(shù)、四波混頻位相共軛反射率和長的存儲擦除時間，可認(rèn)為Eu:Ce:LN晶體是一種新的有應(yīng)用前景的關(guān)聯(lián)存儲材料。對LN晶體進(jìn)行了氧空位缺陷的熱力學(xué)分析，并借助熱失重分析實(shí)驗(yàn)，采用數(shù)值擬合的方法，求算了純LN晶體和摻雜 LN晶體的氧空位生成焓。發(fā)現(xiàn)摻雜可變價離子一般可降低 LN晶體的氧

3、空位生成焓，使氧空位易于生成。故可在相對較低的溫度下對摻雜 LN晶體進(jìn)行還原處理。采用Fe:LN晶體作為全息記錄介質(zhì)，Eu:Ce:LN晶體作為位相共軛鏡，組成全晶體光學(xué)存儲系統(tǒng)，用于圖象處理，獲得了完整無畸變的關(guān)聯(lián)輸出。
　　將LN晶體制成諧振子，用掃頻儀測定了諧振頻率，由準(zhǔn)靜態(tài)法測定了壓電常數(shù)。結(jié)果表明：摻SrCO3、TiO2、Sm2O3、Tb4O7基本不改變LN晶體的彈性系數(shù)(C11E、C33E、C44E、C33D)、柔順系數(shù)

4、(S11E)和相對介電常數(shù)(ε11/ε0)，但均可較大程度地提高其機(jī)電耦合系數(shù)(Kt)。摻SrCO3、TiO2可顯著提高LN晶體的壓電系數(shù)(d33)，摻Na2CO3、SrCO3、TiO2可較大程度地降低LN晶體的延遲溫度系數(shù)?？梢奡rCO3、TiO2是改善LN晶體聲表面波性能的有效摻雜劑。本研究還將改性LN晶體制成聲表面波中頻濾波器和延遲線，測定了溫度系數(shù)，結(jié)果表明Sr:LN和Ti:LN晶體的延遲溫度系數(shù)較純LN晶體降低35％以上。

5、r>　　首次對LN晶體Na+和Sr2+的內(nèi)擴(kuò)散進(jìn)行了研究，利用富鋰LN粉晶分別與Na2CO3和SrCO3按不同比例混合，在1220℃灼燒制備富鋰、富含擴(kuò)散元素的陶瓷粉末，以此粉末為擴(kuò)散源，既有效地抑制了高溫下LN晶體中Li+的外擴(kuò)散，又一定程度地解決了由于擴(kuò)散元素在短時間內(nèi)大量進(jìn)入晶體而使晶體表面開裂或發(fā)生剝離的問題。對LN晶體Na+擴(kuò)散的研究表明：Na+擴(kuò)散進(jìn)入LN晶體主要是以取代Li+的方式進(jìn)行的；表層的擴(kuò)散源是NaNbO3相，次表

6、層的擴(kuò)散源是復(fù)雜化合物L(fēng)i1-xNaxNbO3。達(dá)到較高擴(kuò)散濃度的工藝參數(shù)為LNLi:Na2CO3＝97:3的陶瓷粉擴(kuò)散源，950℃，20h。最大擴(kuò)散濃度約為3.0mol﹪。對LN晶體Sr2+擴(kuò)散的研究表明：Sr2+內(nèi)擴(kuò)散進(jìn)入LN晶體主要是以取代Li+的形式進(jìn)行的，Sr2+與體相離子先形成Sr-Li-Nb-O的四元化合物，在Sr2+濃度較高的外層形成SrNb2O6相，并以這兩種化合物為擴(kuò)散源向深層擴(kuò)散。達(dá)到較高擴(kuò)散濃度的工藝參數(shù)為LNL

7、i:SrCO3=80:20的陶瓷粉擴(kuò)散源，950℃，20h。最大擴(kuò)散濃度約為8.07 mol﹪。對LN晶體Ti4+擴(kuò)散的研究表明：鍍TiO2膜后再進(jìn)行擴(kuò)散可以抑制Li+的外擴(kuò)散；Ti4+的內(nèi)擴(kuò)散是以取代Nb5+的方式進(jìn)行的；Ti4+進(jìn)入LN晶體占據(jù)Nb5+位，與體相離子生成Li3TiO4相化合物，以此相化合物中的Ti4+為擴(kuò)散源向更深層次擴(kuò)散。擴(kuò)散技術(shù)較摻雜技術(shù)可增加“雜質(zhì)”劑量，減少分凝效應(yīng)，提高改性晶體的均勻性，是制備改性LN晶體的

8、有效方法，有望解決聲表面波材料行業(yè)長期存在的以“Nb”代“Ta”的難題。
　　通過對LN晶體溫度系數(shù)與切型關(guān)系的計算發(fā)現(xiàn)，雖然理論上（原則上）有零溫度系數(shù)之切型，但由于計算機(jī)不可避免的截斷誤差，會給計算結(jié)果帶來較大偏差。盡管Matlab中可以用運(yùn)算符號代替代數(shù)運(yùn)算減少誤差，但由于本計算的復(fù)雜性，不可能得出一個直接的表述式，只能用數(shù)值方法逼近，而且由于 LN晶體表面波速度隨溫度的升高而降低，使得 LN晶體實(shí)際上不可能存在零溫度系數(shù)之