山下洋八, 孙亿琴, 罗 聪,3, 唐木(陈)智明

(1. 富山县立大学 工学部,富山 9390398，日本;2. 北卡罗莱纳州立大学 机械与航空航天工程系,北卡罗莱纳州 27695-7102，美国;3. 上海应用技术大学 材料科学与工程学院,上海 201418)

铅基钙钛矿型压电单晶，特别是弛豫-PbTiO3(PT)压电材料由于其超高的压电和机电性能而得到了广泛应用，包括医用超声成像，水下声学超声，压力传感器和驱动器等器件[1-6]。压电材料是一类具有压电物理特性的电介质材料，在外力的作用下发生形变时，其电偶极子的大小发生改变，表现在材料的两个相对表面上分别出现正，负电荷，从而将机械能转化成电能，这种现象称为压电效应[7]。位于准同型相界(MPB)的弛豫-PT铁电单晶，例如铌镁酸铅 (100-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PMN-xPT)和铌铟镁酸铅 (100-x-y)Pb(In1/2Nb1/2)O3-yPb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PIN-yPMN-xPT)的高压电性能远超多晶Pb(Zr,Ti)O3(PZT)陶瓷，引起了人们的极大兴趣[5,8-10]。目前，每年用于高端超声成像设备的压电单晶探头超过20万个。无论是压电陶瓷还是铅基钙钛矿型压电单晶，都必须在两个相对表面上镀电极后，在室温和居里点(TC)之间施加电场进行极化处理[11-12]。通常，人们可以通过改变材料的组分[13-14]以及改进制备工艺[15-16]来提高材料的介电、压电性能以及温度稳定性。但这2种方法的研发成本高，技术难度大，周期性长。2014年，本文作者之一，曾就职于日本东芝公司的Yamashita等[17-18]首次发表专利，表明用交流电场(AC)代替传统的直流电场(DC)极化铅基钙钛矿型压电单晶，可以很大程度提高其压电和介电性能。上述专利公开之后的2017年，Karaki (Chen)和Yamashita通过学术交流多次报告了交流极化(ACP)的方法和效果，自此ACP的研究备受关注。……