项目名称: PMN-PT基透明陶瓷的无压烧结制备与电光性能调控研究

项目编号: No.11504193

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 张永成

作者单位: 青岛大学

项目金额: 24万元

中文摘要: (1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3 (简称PMN-PT)基透明铁电陶瓷的电光系数大、半波电压低、响应速度快,非常适合开发低压驱动的高速电光调制器件,在光通信等领域应用前景诱人。最近我们无压烧成了高度透明的PMN-PT基陶瓷,其透光率达67%@1550nm,初步观测到其电光效应。与热压烧结相比,无压烧结所需设备简单廉价,无需昂贵的SiC模具,成本低,便于烧结形状复杂的透明陶瓷,更适合大规模生产。本项申请拟进一步优化无压烧结工艺,将PMN-PT基透明陶瓷的透光率提高到70%。通过调整固溶体配比和稀土元素掺杂量,将透明陶瓷的电光系数提高到30×10-16 m2/V2以上。总结固溶配比和稀土元素掺杂调控透明陶瓷电光性能的规律,用透射电镜研究透明陶瓷中的铁电畴结构,揭示其电光性能调控机理。研究透明陶瓷的无压烧结曲线和显微结构演变,探讨其无压烧结致密化机理。

中文关键词: 透明陶瓷;无压烧结;铁电材料;电光性能;铁电畴

英文摘要: (1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3 (abbr. PMN-PT) based transparent ferroelectric ceramics exhibit large electro-optic coefficient, low half-wave voltage and fast response speed. They are particularly suitable for developing electro-optic modulation devices with low drive voltage and high modulation rate, and have a bright application prospect in optical communication fields. Recently, we fabricated highly transparent PMN-PT ceramics with 67% light transmittance at 1550 nm by pressureless sintering and observed its electro-optic effect. Pressureless sintering have several advantages over hot-pressed sintering, for example, low cost and low energy consumption since sintering furnaces used are simple and cheaper, convenient for sintering transparent ceramics with complex shape, as well as suitable for large scale production. . .In this work, we will prepare PMN-PT ultrafine powders of high quality through a modified sol-gel process using cheap inorganic salts as raw materials. Then, PMN-PT transparent ceramics will be fabricated by pressureless sintering using the ultrafine powders. By adjusting the solid solution proportion and doping rare-earth elements, transparent PMN-PT ceramics with transmittance of over 70% and quadratic electro-optic coefficient of over 60×10-16 m2/V2 will be obtained. The dependences of electro-optic performance in the transparent ceramics on the solid solution proportion and rare-earth-element doping will be found. Ferroelectric domain structures in the transparent ceramics will be studied by using transmission electron microscopy and then the regulation mechanism of their electro-optic performance will be discussed. The sintering curves and microstructural evolution of PMN-PT based ceramics in pressureless sintering process will be investigated and then the sintering kinetics and densification mechanism of PMN-PT transparent ceramic will be understood.

英文关键词: Transparent ceramics;Pressureless sintering;Ferroelectric materials;Electro-optic properties;Ferroelectric domain

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