交流极化调控"2R"畴结构弛豫铁电单晶的瑞利介电动力学与机电性能机制研究

本研究针对交流极化(AC-poling)对弛豫铁电单晶Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PIMN-PT)的优化机制不明问题，系统分析了"2R"畴结构样品的瑞利介电行为、机电性能与畴结构演变规律，发现AC极化通过微畴化提升介电常数ε33T和压电常数d33，同时降低机械品质因数Q33，为铁电材料畴工程提供了新见解。

　　

在当今传感器、换能器等智能器件快速发展的背景下，弛豫铁电单晶因其卓越的机电转换性能成为核心功能材料。然而，如何通过简单高效的极化工艺优化其性能，一直是困扰研究人员的难题。传统直流极化(DC-poling)虽能实现基本性能调控，但对畴结构的精确控制存在局限。2014年Yamashita和Yamamoto提出的交流极化(AC-poling)技术，为性能优化开辟了新途径，但其对特定畴构型（如"2R"结构）的作用机制尚不明确。

为解决这一问题，黑龙江大学的研究团队以R相PIMN-PT单晶为研究对象，通过对比AC极化和DC极化处理的[01?1]_C×[100]_C×[011]_C取向样品，系统揭示了极化方式对"2R"畴结构材料性能的影响规律。相关成果发表在《Materials Today Communications》上。

研究采用改进布里奇曼法生长的0.27PIN-0.46PMN-0.27PT单晶，通过X射线劳厄定向切割样品，经600°C退火处理后溅射金电极。关键实验技术包括：1）定制AC/DC极化系统实现不同极化模式；2）X射线衍射和偏光显微镜分析畴结构；3）阻抗分析仪测量介电性能；4）准静态d₃₃计测试压电常数；5）共振-反共振法测定机械品质因数Q₃₃。

【探索极化条件与机电性能研究】
通过系统优化极化参数发现，AC极化样品较DC极化样品表现出显著性能差异：介电常数ε₃₃^T提升16%，压电常数d₃₃增加6%，但Q₃₃值降低。这种性能变化与"2R"畴构型下特殊的极化响应特性密切相关。

【结论】
研究证实AC极化通过诱导微畴化同时增强本征（晶格畸变）和非本征（畴壁运动）贡献，实现介电/压电性能提升。但增多的畴界也导致机械损耗增加，解释了Q₃₃下降现象。该工作首次阐明AC极化对"2R"畴结构的调控机制，为弛豫铁电单晶的极化工艺选择提供了理论依据。

【讨论与意义】
Jiaming Li、Yongzhi Zhang等作者指出，该研究不仅完善了AC极化技术的适用边界（从传统"4R"扩展到"2R"畴结构），更揭示了极化诱导畴尺寸效应与机电参数的定量关系。特别值得注意的是，AC极化在提升d₃₃的同时会牺牲Q₃₃，这一发现对需要兼顾高灵敏度和高机械稳定性的器件设计具有重要指导价值。未来通过调控AC极化频率和波形参数，可能实现d₃₃与Q₃₃的协同优化，这将成为畴工程领域新的研究方向。