【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于晶體生長及應用，具體涉及一種硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料及其制備方法與應用。
技術介紹
1、當前使用較為廣泛的壓電晶體主要有石英晶體和鈮酸鋰晶體。然而由于石英晶體在溫度350℃下，會產生雙晶結構，隨著溫度的繼續升高，石英晶體發生α–β相變，導致壓電性能失活，使得石英晶體在高溫環境下的應用受到了限制。鈮酸鋰晶體在高溫時電阻率偏低且存在疇結構，在一定的溫度下會發生化學分解且高溫電阻率過低，損耗過高，制約了其在高溫壓電傳感領域的應用。因此尋找新型高溫壓電晶體成為壓電材料的研究方向之一。
2、硅酸鎵鑭系列晶體（la3ga5sio14，lgs）近些年在高溫壓電晶體領域備受關注，其具有在室溫至熔點的范圍內不發生相變反應且無熱釋電效應，壓電系數大，機電耦合系數高等優點。然而，該系列晶體在高溫下電阻率偏低，阻礙了其在高溫條件下的進一步應用。
3、在一系列硅酸鎵鑭族晶體中，硅酸鎵鉭鈣(ca3taga3si2o14、ctgs)晶體由于具有相對較高的高溫電阻率和較高的機械品質因子等特點，成為了重要的研究方向。但是，其在高溫下的壓電性能還是不夠理想。
4、另外，通常情況下，ctgs晶體通過提拉法生長制得，但這種方法在大規模生產方面存在成本較高的問題。
5、因此，尋找一種高溫電阻率高、高溫壓電性能好且制備成本較低的高溫壓電晶體是亟需解決的問題。
技術實現思路
1、本專利技術是針對現有的技術，提供了一種硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料及其制備方法與在高溫壓電領
2、本專利技術第一方面提供了一種硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料，所述硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體的化學式為ca3(nb0.2ta0.8)ga3si2o14，所述晶體屬于a3bc3d2o14族、三方晶系，所述晶體的空間群為p321，所述晶體的晶胞參數a?=?b?=?8.1020?~8.1025??，c?=?4.9785??~4.9795?，α=β=?90°，γ=120°，無相變下所述晶體具有非中心對稱結構且鈮和鉭共同占據b格位。
3、可選地，所述晶體材料室溫下相對介電常數大于18，相對介電常數大于24.60，壓電常數d11大于4.20?pc/n，600℃下機電耦合系數 k12大于12.90%，800℃下電阻率大于2.20×107ω·cm；
4、其中，表示的是x方向(110)的自由介電常數，表示的是絕對介電常數，表示的是z方向(001)的自由介電常數。
5、本專利技術第二方面提供了一種硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料的制備方法，所述硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料為上述第一方面任一項所述的硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料，所述制備方法包括：
6、步驟1、制備硅酸鎵鈮鉭鈣多晶料；
7、步驟2、在坩堝底部放入硅酸鎵鉭鈣籽晶，在所述籽晶頂部裝填所述多晶料并密封所述坩堝；
8、步驟3、將所述坩堝置于晶體生長爐中，升高所述晶體生長爐的爐內溫度以使所述多晶料和所述籽晶頂部均熔化，完成接種，得到接種后物料；
9、步驟4、控制晶體生長爐內的溫度梯度下降，使所述接種后物料結晶、保溫、冷卻，得到硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料。
10、可選地，所述步驟1包括：
11、將caco3、nb2o5、ta2o5、ga2o3和sio2混合，得到混合物料；
12、將所述混合物料在1000℃~1100℃下進行一次燒結、冷卻，得到第一次燒結產物；
13、將所述第一次燒結產物粉碎、研磨、壓塊，在1200℃~1350℃下進行第二次燒結、冷卻，得到所述硅酸鎵鈮鉭鈣多晶料。
14、可選地，所述第一次燒結的時間為12小時~20小時，所述第二次燒結的實際那為24小時~40小時。
15、可選地，所述步驟3包括：
16、將所述坩堝置于晶體生長爐中，將所述坩堝放置多晶料的部分置于晶體生長爐的高溫區，并將高溫區的溫度升溫至第一熔化溫度以使所述多晶料熔化，生成多晶料熔液；
17、將所述坩堝放置籽晶頂部的部分置于晶體生長爐的溫度梯度區，并將溫度梯度區的溫度升溫至第二熔化溫度以使所述籽晶頂部熔化，保溫，完成接種，得到接種后物料。
18、可選地，
19、所述將高溫區的溫度升溫至第一熔化溫度以使所述多晶料熔化，生成多晶料熔液包括：將高溫區的溫度在10小時內上升至1480℃~1490℃，使多晶料至全熔狀態并過熱50℃~100℃，保溫24小時~48小時，以使多晶料熔化，得到多晶料熔液；
20、所述將溫度梯度區的溫度升溫至第二熔化溫度以使所述籽晶頂部熔化，保溫，完成接種，得到接種后物料，包括：將溫度梯度區的溫度升溫至1380?℃~?1390?℃以使所述籽晶頂部熔化，保持2小時~3小時，完成接種，得到接種后物料。
21、可選地，所述步驟4包括：
22、將坩堝置于晶體生長爐的下降裝置上，并控制所述下降裝置在晶體生長爐的溫度梯度區中下降，使坩堝中處于熔化狀態的接種后物料結晶后停止下降、保溫、冷卻，得到所述硅酸鎵鈮鉭鈣多晶料。
23、可選地，沿坩堝下降方向，所述溫度梯度區的溫度按照30℃/cm～50?℃/cm的梯度下降，所述坩堝的下降速度為6mm/天～10?mm/天；
24、所述保溫的條件為1200℃~?1300?℃下恒溫1.0小時~2.0小時；
25、所述冷卻的條件為以30℃/小時~50℃/小時的速率逐步冷卻至室溫。
26、可選地，所述硅酸鎵鉭鈣籽晶的化學式為ca3taga3si2o14單晶。
27、可選地，所述坩堝大小可以為ф9?×φ25?×?100?mm。
28、本專利技術第三方面提供了一種硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料的用途，所述硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料在制備壓電晶體材料和傳感器件中的應用，所述硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料為上述第一方面任一項所述的硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料或上述第二方面任一項所述的硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料的制備方法制備得到的晶體材料。
29、與現有技術相比，本專利技術的特點如下：
30、1.本專利技術制備硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體的方法為坩堝下降法，該方法有以下特點：（1）可實現非生長習性方向的晶體生長，靈活滿足不同應用需求；（2）通過定制坩堝形狀和大小，支持特定尺寸的晶體生長；（3）使用封閉的坩堝，有效防止外界雜質污染和熔體組分揮發，確保晶體純度和化學一致性；（4）多工位晶體生長提高了生產效率，降低成本，實現批量生產。
31、2.由于nb5+與ta5+屬于同一族元素，且化學結構相似，因此在晶體結構中ta5+的位置容易被nb5+取代，從而形成硅酸鎵鈮鉭鈣單晶（以下簡稱為cntgs）。同時由于兩者的電子層和半徑不同，nb5+進入晶體晶格中后，會導致晶體的晶格參數發生變化，這種變化會進一步影響cntgs晶體的高溫壓電性能，使得晶體在高溫壓電應用中具有獨特的優勢和潛在的應本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料，其特征在于，所述硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體的化學式為Ca3(Nb0.2Ta0.8)Ga3Si2O14，所述晶體屬于A3BC3D2O14族、三方晶系，所述晶體的空間群為P321，所述晶體的晶胞參數a?=?b?=?8.1020?~8.1025??，c?=?4.9785??~4.9795??，α=β=90°，γ=120°，無相變下所述晶體具有非中心對稱結構且鈮和鉭共同占據B格位。
2.根據權利要求1所述的硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料，其特征在于，所述晶體材料室溫下相對介電常數大于18，相對介電常數大于24.6，壓電常數d11大于4.2pC/N，600℃下機電耦合系數k12大于12.9%，800℃下電阻率大于2.2×107Ω·cm；
3.一種硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料的制備方法，其特征在于，所述硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料為權利要求1~2任一項所述的硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料，所述制備方法包括：
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟1包括：
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述第一次燒結的時間
6.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟3包括：
7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，
8.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟4包括：
9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，沿坩堝下降方向，所述溫度梯度區的溫度按照30℃/cm～50℃/cm的梯度下降，所述坩堝的下降速度為6mm/天～10mm/天；
10.一種硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料的用途，其特征在于，所述硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料在制備壓電晶體材料和傳感器件中的應用，所述硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料為權利要求1~2任一項所述的硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料或權利要求3~9任一項所述的硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料的制備方法制備得到的晶體材料。
...【技術特征摘要】
1.一種硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料，其特征在于，所述硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體的化學式為ca3(nb0.2ta0.8)ga3si2o14，所述晶體屬于a3bc3d2o14族、三方晶系，所述晶體的空間群為p321，所述晶體的晶胞參數a?=?b?=?8.1020?~8.1025??，c?=?4.9785??~4.9795??，α=β=90°，γ=120°，無相變下所述晶體具有非中心對稱結構且鈮和鉭共同占據b格位。
2.根據權利要求1所述的硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料，其特征在于，所述晶體材料室溫下相對介電常數大于18，相對介電常數大于24.6，壓電常數d11大于4.2pc/n，600℃下機電耦合系數k12大于12.9%，800℃下電阻率大于2.2×107ω·cm；
3.一種硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料的制備方法，其特征在于，所述硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料為權利要求1~2任一項所述的硅酸鎵鈮鉭鈣壓電晶體材料，所述制備方法包括：
4.根據權利要求3所述的...
【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭燕青，艾蕾，潘尚可，孫志剛，姜林文，李星，
申請(專利權)人：寧波大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。