鈮酸鋰晶體改性及溫度系數與切型相關性研究.pdf

1、針對LN晶體作為聲表面波壓電材料溫度系數高和作為光折變材料二波耦合增益系數低等不足，對其進行了摻雜改性和擴散改性，并對其切型與溫度系數的關系進行了理論研究，探討了改變切型降低溫度系數的可能性。
　　采用熔鹽提拉法及上浮秤等徑控制、變轉速提拉和極化退火一步后處理技術，生長了光學均勻性較好的摻雜LN晶體。用干涉條紋法表征了摻雜改性LN晶體和擴散改性LN晶體的品質。結果表明，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、件的質量要求。
　　對摻雜 LN晶體的光折變性能進行了研究。二波耦合和四波耦合實驗表明：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、四波混頻位相共軛反射率和長的存儲擦除時間，可認為Eu:Ce:LN晶體是一種新的有應用前景的關聯存儲材料。對LN晶體進行了氧空位缺陷的熱力學分析，并借助熱失重分析實驗，采用數值擬合的方法，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晶體進行還原處理。采用Fe:LN晶體作為全息記錄介質，Eu:Ce:LN晶體作為位相共軛鏡，組成全晶體光學存儲系統，用于圖象處理，獲得了完整無畸變的關聯輸出。
　　將LN晶體制成諧振子，用掃頻儀測定了諧振頻率，由準靜態(tài)法測定了壓電常數。結果表明：摻SrCO3、TiO2、Sm2O3、Tb4O7基本不改變LN晶體的彈性系數(C11E、C33E、C44E、C33D)、柔順系數

4、(S11E)和相對介電常數(ε11/ε0)，但均可較大程度地提高其機電耦合系數(Kt)。摻SrCO3、TiO2可顯著提高LN晶體的壓電系數(d33)，摻Na2CO3、SrCO3、TiO2可較大程度地降低LN晶體的延遲溫度系數?？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，結果表明Sr:LN和Ti:LN晶體的延遲溫度系數較純LN晶體降低35％以上。

5、r>　　首次對LN晶體Na+和Sr2+的內擴散進行了研究，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、富含擴散元素的陶瓷粉末，以此粉末為擴散源，既有效地抑制了高溫下LN晶體中Li+的外擴散，又一定程度地解決了由于擴散元素在短時間內大量進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+擴散的研究表明：Na+擴散進入LN晶體主要是以取代Li+的方式進行的；表層的擴散源是NaNbO3相，次表

6、層的擴散源是復雜化合物Li1-xNaxNbO3。達到較高擴散濃度的工藝參數為LNLi:Na2CO3＝97:3的陶瓷粉擴散源，950℃，20h。最大擴散濃度約為3.0mol﹪。對LN晶體Sr2+擴散的研究表明：Sr2+內擴散進入LN晶體主要是以取代Li+的形式進行的，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散源向深層擴散。達到較高擴散濃度的工藝參數為LNL

7、i:SrCO3=80:20的陶瓷粉擴散源，950℃，20h。最大擴散濃度約為8.07 mol﹪。對LN晶體Ti4+擴散的研究表明：鍍TiO2膜后再進行擴散可以抑制Li+的外擴散；Ti4+的內擴散是以取代Nb5+的方式進行的；Ti4+進入LN晶體占據Nb5+位，與體相離子生成Li3TiO4相化合物，以此相化合物中的Ti4+為擴散源向更深層次擴散。擴散技術較摻雜技術可增加“雜質”劑量，減少分凝效應，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晶體溫度系數與切型關系的計算發(fā)現，雖然理論上（原則上）有零溫度系數之切型，但由于計算機不可避免的截斷誤差，會給計算結果帶來較大偏差。盡管Matlab中可以用運算符號代替代數運算減少誤差，但由于本計算的復雜性，不可能得出一個直接的表述式，只能用數值方法逼近，而且由于 LN晶體表面波速度隨溫度的升高而降低，使得 LN晶體實際上不可能存在零溫度系數之