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高温条件下Ga3PO7晶体热学及声表面波性质的理论研究

郝娟 周广刚 马跃 黄文奇 张鹏 卢贵武

高温条件下Ga3PO7晶体热学及声表面波性质的理论研究

郝娟, 周广刚, 马跃, 黄文奇, 张鹏, 卢贵武
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  • 高温压电晶体是许多机电器件必需的一种多功能材料, Ga3PO7晶体的居里温度高达1364 ℃, 可应用于高温极限条件. 但是预测高温极限条件下晶体的结构以及物理性质的问题采用实验研究的手段非常困难, 而理论上的预测未见研究. 本文采用密度泛函-准谐振近似理论计算了温度在0-1200 ℃范围内Ga3PO7 晶体的结构常数和热学性质, 结果表明Ga3PO7晶体的晶格常数a和c随温度的升高呈线性增大, 且c方向受温度影响更为显著; 晶体的密度随温度的升高而减小, 计算的a 和c方向平均热膨胀系数分别为1.6710-6 K-1和3.5810-6 K-1, 高温区定压热容为2.067 J/gK, 与实验值一致. 计算了从常温到高温下该晶体的弹性常数以及体弹性模量的变化, 研究了高温条件下的声表面波特性, 发现随着温度的升高, 声表面波速度浮动较小, 而机电耦合系数略有增大; 在传播角为151 时该晶体具有较好的温度稳定性且机电耦合系数达到最大值, 这表明Ga3PO7 晶体是一种有望应用于高温环境下的压电晶体.
      通信作者: 周广刚, bjpeuzgg@163.com,954337726@qq.com
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51372140)和中国石油大学(北京)优秀青年教师研究项目(批准号: 2462015YQ0603)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-12-08
  • 修回日期:  2016-03-15
  • 刊出日期:  2016-06-05

高温条件下Ga3PO7晶体热学及声表面波性质的理论研究

  • 1. 中国石油大学(北京)理学院, 北京 102249;
  • 2. 北京信息科技大学理学院, 北京 100081
  • 通信作者: 周广刚, bjpeuzgg@163.com,954337726@qq.com
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 51372140)和中国石油大学(北京)优秀青年教师研究项目(批准号: 2462015YQ0603)资助的课题.

摘要: 高温压电晶体是许多机电器件必需的一种多功能材料, Ga3PO7晶体的居里温度高达1364 ℃, 可应用于高温极限条件. 但是预测高温极限条件下晶体的结构以及物理性质的问题采用实验研究的手段非常困难, 而理论上的预测未见研究. 本文采用密度泛函-准谐振近似理论计算了温度在0-1200 ℃范围内Ga3PO7 晶体的结构常数和热学性质, 结果表明Ga3PO7晶体的晶格常数a和c随温度的升高呈线性增大, 且c方向受温度影响更为显著; 晶体的密度随温度的升高而减小, 计算的a 和c方向平均热膨胀系数分别为1.6710-6 K-1和3.5810-6 K-1, 高温区定压热容为2.067 J/gK, 与实验值一致. 计算了从常温到高温下该晶体的弹性常数以及体弹性模量的变化, 研究了高温条件下的声表面波特性, 发现随着温度的升高, 声表面波速度浮动较小, 而机电耦合系数略有增大; 在传播角为151 时该晶体具有较好的温度稳定性且机电耦合系数达到最大值, 这表明Ga3PO7 晶体是一种有望应用于高温环境下的压电晶体.

English Abstract

参考文献 (43)

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