中文摘要：

在现有研究发现基础上，以含Bi元素的复合氧化物为载体提供诱导离子，采用传统陶瓷工艺研制一系列K0.5Na0.5NbO3（KNN）基陶瓷样品，开展离子诱导KNN基陶瓷取向与单晶生长技术与机理研究，探讨晶粒取向和单晶生长可能依赖的热力学和动力学条件，揭示Bi元素诱导KNN晶粒择优取向和单晶生长的微观机理，剖析单晶生长界面状态以及形成条件；研究陶瓷组成、坯体尺寸、含量以及工艺参数等对物相、晶粒取向、致密度与单晶生长质量和电性能的影响，探讨电性能的影响机制，理清陶瓷电性能的变化是因掺杂效应所致、还是源于显微结构效应（择优取向），或两种机制共同作用所致，从而建立KNN基陶瓷的组成、坯体尺寸、微结构、工艺与性能的本构关系；创立、发展并完善制备取向生长的、致密的KNN陶瓷及KNN单晶材料的新方法与新理论。本研究可望在无铅压电陶瓷制备技术与理论上有重要突破，为功能陶瓷的织构化与单晶生长提供新的理论与方法。

结论摘要：

本课题研究首次发现，在以含量范围相对窄的LiBiO3掺杂时，实现无籽固相生长较大的铌酸钾钠（Na0.5K0.5NbO3, NKN）单晶的现象，即掺入极少量的LiBiO3(0.4 at.%)时，能够采用传统的固相生长工艺容易、重复地生长出较大的NKN单晶。制备的单晶最大尺寸达11×9×3mm3，晶体沿着生长方向形成织构排列并以层堆方式长大，具有规则的晶体几何外形。在生长早期，少数已长成较大的孤立的晶粒离散地分布在基体中；在最后阶段，晶粒长得更大且相互接触，并按一定的取向排列。几乎所有的单晶化的样品在大晶粒与基体之间都显出一条非常平直的边界线。而且，在不同的生长温度下，晶体的生长速率明显不同，且对生长温度和时间都非常敏感。在烧结过程中，由于 Bi和Li2O化合物的引入，在块体材料中形成了一定数量的液相，液相能够加速晶粒的晶体生长，因此，晶体继续长大并在晶体与液相的界面处通过熔解-再沉淀过程形成较大的单晶。大的单晶是沿着生长方向以层堆状方式生长的，符合二维层状结构生长机制，且晶体生长受动力学控制。采用Avrami动力学等理论分析了晶体的生长动力学过程，并确定了晶体生长参数和相关的反应率，对于分别在1080，1090和1100 oC下烧结的样品来说，t0.5大约分别为15.5，10.9和8.4小时。劳厄衍射和透射电镜分析结果表明，所制备的NKN单晶具有高质量的单晶结构，属于正交铁电相的钙钛矿晶体结构，且至少在X射线分析限度内没有发现第二相。晶体中具有相互间很好地平行的单一层状畴结构，畴的宽度约在几百微米，畴壁垂直于[111]晶向，且处于{110}习性面上。在层状畴内部没有观察到次结构的形成，也没有观察到超晶格衍射斑点。晶体具有铁弹性特性。该NKN晶体的正交铁电相与四方铁电相的转变温度为155 oC，对应的升降温的热滞区域约为20 oC，四方铁电相与立方顺电相的转变温度为405 oC，对应的升降温的热滞区域约为10 oC，晶体的相转变属于典型的一级相变。单晶的介电损耗约为0.03，但在较高的温度时，介电损耗相对较高。（001）定向的NKN单晶的压电系数和Rayleigh系数205 pm/V和ad = 1.96 × 10-16 m2/V2。当E0 = 1 kV/cm,单晶的真实压电贡献为91.5%。此外，本课题对相关的NKN基压电陶瓷及织构化方面也做了部分研究工作。