一种硅酸鎵镧结构新晶体Ca3NbAl3Si2O14的生长与高温压电性能研究

已报道的La3Ga5SiO14（LGS）及其同构异质体具有良好的高温压电性能，但是其600摄氏度以上的电阻率较低、生长原料Ga2O3价格昂贵，阻碍了其在高温压电领域的广泛应用。本课题组在前期的探索性研究中发明并生长了一种Ca3NbAl3Si2O14(CNAS)晶体，由于完全用Al3+替代了Ga3+，使其成本大幅降低，因此只要能够提高其高温电阻率，该新型晶体将具有很高的应用价值。本课题拟充分借鉴LGS晶体以及其它同构体单晶的生长技术和经验，采用提拉法和下降法同时开展CNAS晶体的生长实验，从籽晶、组分、习性、温场、工艺等各方面展开晶体生长的系统研究，克服高粘度熔体对晶体生长的影响，预期得到直径达30mm、无开裂和包裹体等宏观缺陷的单晶。在此基础上，着重研究晶体高温电阻率与晶体中杂质含量、生长工艺、后处理工艺间的关系，得到600摄氏度时电阻率满足使用要求的CNAS晶体。

Ca3NbAl3Si2O14(CNAS)晶体是一种通过计算设计得到的新型压电晶体，凭借其低廉的原料价格、优秀的高温压电性能有望成为一种具有应用前景的新型压电晶体。在本项目的支持下，主要展开CNAS晶体生长工艺的研究工作，确定了生长大尺寸低缺陷CNAS晶体的合适工艺参数，生长晶体尺寸达60×30×60 mm。生长得到晶体后对其缺陷与结晶习性进行了研究，同时对CNAS晶体的x射线粉末衍射、高分辨摇摆曲线、紫外可见透过光谱、差热曲线等热物性能进行了测试表征。同时通过谐振法对CNAS晶体室温下的完整压电系数进行了测试，结果为压电常数d 11= -4.69 pc/N， d14=3.57 pc/N；k12=14.7%、k26=17.3%。对CNAS晶体的高温电阻率进行了测试，其585oC电阻率为3.4×107Ω•cm。在此基础上，通过引入高温真空退火工艺，优化了晶体的高温电阻率，其585oC电阻率可达2.4×108Ω•cm，能够满足高温压电应用的需求。