本发明属于功能陶瓷材料，涉及一种具有大矫顽场的pmn-pt基压电材料及其制备方法。
背景技术：
1、压电材料能实现机械能与电能的相互转化，它具有压电效应与逆压电效应等诸多物理效应，因此在传感器、换能器和驱动器等诸多领域都有非常重要的应用。
2、pbmg1/3nb2/3o3-pbtio3(pmn-pt)是一种复合钙钛矿结构压电材料，当pt含量为28％～35％时，材料处于准同型相界区域。准同型相界处的pmn-pt具有非常优异的压电、热释电及电光性能。例如pmn-pt压电单晶是新一代b超探头的核心材料，在国际上受到广泛的重视。
3、例如cn114804873a公开了高电光系数及高温度稳定性的透明电光陶瓷材料及其制备方法。该陶瓷材料的元素组成为：(pb1-xlnx)[(mg1/3nb2/3)yti1-y]1-x/4o3，其中ln为稀土元素，0.01≤x≤0.05，0.90≤y≤0.70；该陶瓷材料中的稀土掺杂含量沿陶瓷材料厚度方向呈梯度分布，该电光陶瓷具有高电光系数及高温度稳定性。
4、尽管pmn-pt基压电材料具有高的压电系数，但其矫顽场非常低，对于pmn-pt基单晶，其矫顽场一般约为2～3kv/cm；对于pmn-pt基陶瓷，其矫顽场一般约为3～5kv/cm。低的矫顽场使得这类材料在施加强电场的应用中容易产生退极化，从而导致性能降低甚至失效。为了提高pmn-pt基压电材料的矫顽场，研究人员经常采用in或sc掺杂，形成pin-pmn-pt或三元体系。in2o3，sc2o3价格昂贵，采用此类添加，将大幅增加成本，同时制备大尺寸三元系pmn-pt基单晶较二元系单晶更加困难，因此限制了这类料的实际应用。
5、鉴于以上原因，有必要开发一种简单低成本提高pmn-pt基压电陶瓷矫顽场的方法。
技术实现思路
1、本发明的目的就是为了克服上述缺陷而提供的一种具有大矫顽场的pmn-pt基压电材料及其制备方法，本发明研究pmn-pt基压电材料为复合钙钛矿结构的弛豫铁电体，陶瓷中存在大量纳米微畴，而纳米电畴在电场作用下非常容易运动，因此一般pmn-pt基压电材料矫顽场较低，基于此，本发明在设计组分时，采用mg/nb含量偏离1:2的化学计量比的方法，能减少陶瓷中纳米微畴的含量，大幅度提高陶瓷的矫顽场，本发明提出一种简单低成本提高pmn-pt基压电材料的组成设计方法。
2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本发明的第一个目的是提供一种具有大矫顽场的pmn-pt基压电材料，所述pmn-pt基压电材料的元素组成为：(pb1-xlnx)[(mg(1+z)/3nb(2-z)/3)yti1-y]1-x/4o3，其中ln为稀土元素，0≤x≤0.05，0.65≤y≤0.80，0<z≤0.02。
4、进一步地，所述ln所代表稀土元素(镧系元素)选自镧(la)、镨(pr)、钕(nd)、钐(sm)等中的一种或几种。
5、本发明的第二个目的是提供一种上述具有大矫顽场的pmn-pt基压电材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：首先合成铌酸镁，再采用固相法合成pmn-pt陶瓷，最后陶瓷在空气中烧结成瓷，制备得到pmn-pt压电陶瓷(pmn-pt基压电材料)。
6、进一步地，所述制备方法包括以下步骤：
7、a)按照mg(1+z)/3nb(2-z)/3o(4-z)/2通式精确称量mgo和nb2o5，经球磨、煅烧、再次球磨步骤，制得mg(1+z)/3nb(2-z)/3o(4-z)/2陶瓷粉体；
8、b)按照(pb1-xlnx)[(mg(1+z)/3nb(2-z)/3)yti1-y]1-x/4o3通式精确称量pbo、tio2、ln2o3加入步骤a)制得的mg(1+z)/3nb(2-z)/3o(4-z)/2陶瓷粉体中，经球磨、煅烧、再次球磨步骤，制得pmn-pt陶瓷粉体；
9、c)向步骤b)制得的pmn-pt陶瓷粉体中加入粘结剂，造粒，压制成型，排塑，制得陶瓷素坯；
10、d)将步骤c)制得的陶瓷素坯放入热压炉中，空气气氛下烧结，即可获得具有大矫顽场的pmn-pt压电陶瓷，即为所述具有大矫顽场的pmn-pt基压电材料。
11、进一步地，步骤a)中，所述球磨采用去离子水或酒精做介质，行星球磨4～6h；步骤a)中，所述再次球磨采用去离子水或酒精做介质，行星球磨4～6h。
12、进一步地，步骤a)中，所述煅烧温度为900～1200℃。
13、进一步地，步骤b)中，按照(pb1-xlnx)[(mg(1+z)/3nb(2-z)/3)yti1-y]1-x/4o3通式精确称量化学计量比的pbo、tio2、ln2o3。
14、进一步地，步骤b)中，所述煅烧温度为800～1000℃。
15、进一步地，步骤b)中，所述球磨采用去离子水或酒精做介质，行星球磨4～6h；步骤b)中，所述再次球磨采用去离子水或酒精做介质，行星球磨4～6h。
16、进一步地，步骤c)中，所述压制成型是干压成圆片。
17、进一步地，步骤c)中，所述压制成型是用200mpa的压力干压成直径为15mm的圆片。
18、进一步地，步骤c)中，所述粘结剂采用常规的pmn-pt制备用粘结剂。
19、进一步地，步骤d)中，所述烧结是在1150～1300℃下烧结2～4h。
20、进一步地，所述具有大矫顽场的pmn-pt基压电材料的矫顽场为9～12kv/cm。
21、进一步地，所得pmn-pt基压电材料能够用于施加强电场的应用场景，具有广阔的应用前景。
22、与现有技术相比，本发明具有以下特点：
23、1)本发明提供的pmn-pt基压电材料制备方法，不采用昂贵的in及sc等掺杂，仅改变mg/nb之比，使其偏离传统pmn-pt材料的1/2，采用此方法后，pmn-pt陶瓷的矫顽场大幅度增加，可以从常规pmn-pt陶瓷的3～5kv/cm增加到9～12kv/cm。有利于pmn-pt陶瓷在强场下的应用，具有广阔的应用前景。此外，本发明的制备方法具有操作简单，周期短，成本较低和易于规模化生产等优点。
24、2)本发明提供的pmn-pt基压电材料制备方法，利用该方法制备的pmn-pt压电陶瓷，其矫顽场较传统方法制备的pmn-pt陶瓷有大幅度的提高，因此不容易退极化，更加适合于强电场下使用。
1.一种具有大矫顽场的pmn-pt基压电材料，所述pmn-pt基压电材料的元素组成为：(pb1-xlnx)[(mg(1+z)/3nb(2-z)/3)yti1-y]1-x/4o3，其中ln为稀土元素，0≤x≤0.05，0.65≤y≤0.80，0<z≤0.02。
2.根据权利要求1所述的一种具有大矫顽场的pmn-pt基压电材料，其特征在于，所述ln所代表稀土元素选自镧、镨、钕、钐中的一种或几种。
3.一种如权利要求1或2中任一项所述的具有大矫顽场的pmn-pt基压电材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种具有大矫顽场的pmn-pt基压电材料的制备方法，其特征在于，步骤a)中，所述球磨采用去离子水或酒精做介质，行星球磨4～6h；
5.根据权利要求3所述的一种具有大矫顽场的pmn-pt基压电材料的制备方法，其特征在于，步骤a)中，所述煅烧温度为900～1200℃。
6.根据权利要求3所述的一种具有大矫顽场的pmn-pt基压电材料的制备方法，其特征在于，步骤b)中，所述煅烧温度为800～1000℃。
7.根据权利要求3所述的一种具有大矫顽场的pmn-pt基压电材料的制备方法，其特征在于，步骤b)中，所述球磨采用去离子水或酒精做介质，行星球磨4～6h；
8.根据权利要求3所述的一种具有大矫顽场的pmn-pt基压电材料的制备方法，其特征在于，步骤c)中，所述压制成型是用200mpa的压力干压成直径为15mm的圆片。
9.根据权利要求3所述的一种具有大矫顽场的pmn-pt基压电材料的制备方法，其特征在于，步骤d)中，所述烧结是在1150～1300℃下烧结2～4h。
10.根据权利要求3所述的一种具有大矫顽场的pmn-pt基压电材料的制备方法，其特征在于，所述具有大矫顽场的pmn-pt基压电材料的矫顽场为9～12kv/cm。
