Thermal cycle stability and microstructure of Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 single crystals

微观结构 热稳定性 材料科学 结晶学 单晶 矿物学 热力学 冶金 化学 物理 有机化学
作者
Min Liang,Ruibin Xiong,Shuli Chen,Zujian Wang,Bin Su,Rongbing Su,Ying Liu,Chao He
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:135 (16) 被引量:6
标识
DOI:10.1063/5.0197826
摘要

The Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT) ferroelectric single crystals have been commercially available as important components in medical ultrasound transducers due to their excellent piezoelectric and electromechanical coupling performance. The variation in piezoelectric and dielectric properties of PMN-PT single crystals with ambient temperature is an important application indicator. In this work, the PMN-PT single crystals after direct current poling (DCP) and alternating current poling (ACP) were subjected to the cyclic thermal treatment process. The thermal cycling stability and microstructural changes in PMN-PT single crystals were investigated. The ACP single crystals exhibit a higher dielectric constant ε33T/ε0 (6500–7600) and piezoelectric coefficient d33 (2100–2500 pC N−1) compared to the DCP single crystals (ε33T/ε0 of 4100–5000, d33 of 1200–1300 pC N−1). Under thermal cycling at 60 °C, the DCP and ACP single crystals exhibit good thermal cycling stability after 150 cycles. Microstructural observations show that the domain structure of the DCP single crystals exhibits “staggered domain walls, inhomogeneous domain size, variety of domain structure,” while the relatively homogeneous stripe-like domains were observed in the ACP single crystals. After thermal cycling, new fine striped domains appear in both the DCP and ACP single crystals due to the instability of rotated polarization, but the piezoelectric and dielectric properties are not greatly affected. This work provides an intensive understanding of the effects of thermal cycling on the domain structure, which is useful for applications.

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