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锰掺杂增强钽铌酸钾单晶的局部非均质性和压电性能( Manganese-doping enhanced local heterogeneity and piezoelectric properties in potassium tantalate niobate single crystals )
Y Wang P Tan X Meng Z Zhou H Tian
离子掺杂是改性材料性质的有效途径，有利于材料性能的提高。Mn掺杂使KTa1-xNbxO3(KTN)的压电性能有所提高。但Mn离子对材料性能的影响机理尚不清楚。本文研究了Mn掺杂对KTN中局域非均匀性和压电性能的影响。在10kV cm-1下，Mn掺杂KTN的电场诱导应变为0.25%，比未掺杂KTN的电场诱导应变高118%。同时，由于Mn的掺杂，介电性能提高了两倍，铁电性得到了改善。用拉曼光谱表征了A1(2to)、B1+E(3to)和E(4to)振动的变化，分别表明Mn掺杂KTN中局域偏振增强、偶极子弱关联和晶格畸变。第一性原理计算表明Mn掺杂引入了更强的局域非均匀性，削弱了偶极关联，减小了畴尺寸。因此，畴尺寸的减小，以及含Mn部分的晶格参数c和a的比值的增大，是高压电性的原因。本工作揭示了Mn掺杂对KTN材料性能的影响以及局域非均匀性在改善KTN材料压电性能方面的突出作用，对材料性能的优化和设计具有一定的参考价值。
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