稀土掺杂钛酸盐无铅压电陶瓷荧光性能研究

发布时间：2017-11-08 08:19

  本文关键词：稀土掺杂钛酸盐无铅压电陶瓷荧光性能研究

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【摘要】：近年来,稀土掺杂的无铅压电陶瓷作为一种同时具有压电效应和荧光效应的新型多功能材料,在探测器、传感器及智能显示等领域具有广泛的潜在应用价值。适量的稀土掺杂不仅可以帮助压电陶瓷提高压电性能,同时可以获得优异的荧光性能。目前,关于稀土掺杂无铅压电陶瓷的研究主要集中在通过掺杂改善压电陶瓷的压电性能,而对于稀土掺杂无铅压电陶瓷的荧光性能与材料组分、极化电场以及温度之间的研究报道还较为少见。本论文的主要工作是制备了同时具有压电效应和荧光效应的Er3+掺杂钛酸盐无铅压电陶瓷,研究了对应于不同组分、不同电场和不同温度环境下陶瓷样品的荧光性能,具体研究内容如下：1、不同Ca含量对(Ba1-xCax)(Zr0.1Ti0.9)O3:Er陶瓷荧光性能的影响通过Sol-gel法和高温烧结法制备了0.5 mo1%Er3+掺杂的(Ba1-xCax)(Zr0.1Ti0.9)O3无铅压电陶瓷。研究发现,当Ca含量x由0.05增加至0.30,陶瓷样品的压电系数d33和机电耦合系数kp先随x增大而增大,然后逐渐减小,当x=0.15时获得最大值。在980 nm激光激发下,陶瓷样品的发光强度同样先随x增大而增强,然后随x增大而减弱,在x=0.15处获得最强荧光强度。因此,通过监测Er3+掺杂的(Ba1-xCax)(Zr0.1Ti0.9)O3无铅压电陶瓷的荧光性能,可以探测多元体系压电陶瓷的组分变化。2、不同温度下(Ba0.97Ca0.03)(Sn0.06Ti0.94)O3:Er陶瓷样品的荧光性能采用高温固相法制备了0.5 mo1%Er3+掺杂的(Ba0.97Ca0.03)(Sn0.06Ti0.94)O3无铅压电陶瓷。通过研究陶瓷样品在不同温度下的介电性能以及铁电性能,确定陶瓷样品的居里温度为353 K。在83 K-533 K温区环境下研究了陶瓷样品的荧光性能,发现随着温度的上升,525 nm发光峰荧光强度先增大后减小,并且在353 K处获得最大值。结果表明,变温环境下(Ba0.97Ca0.03)(Sn0.06Ti0.94)O3:Er陶瓷样品的荧光性能,可以用于探测材料的居里温度。这种方法具有无接触、响应快等优点。3、不同极化电场处理后(Ba0.95Sr0.05)(Zr0.1Ti0.9)O3:Er陶瓷样品的荧光性能通过高温固相法合成了0.2 mol%Er3+掺杂的(Ba0.95Sr0.05)(Zr0.1Ti0.9)O3无铅压电陶瓷。发现经过不同极化电场E极化0.5 h之后,(Ba0.95Sr0.05)(Zr0.1Ti0.9)O3:Er陶瓷样品的荧光强度随着E增大而逐渐增强,当E=4.5 kV/mm时,样品的荧光强度几乎达到最大值。相比于极化之前的样品,经过4.5 kV/mm极化电场处理后样品的荧光强度提升了大约6倍。研究同时发现,在电场处理下,陶瓷样品的压电系数与荧光强度之间呈现出良好的线性关系。这表明,稀土掺杂的压电陶瓷荧光强度对极化电场非常敏感,且通过测试陶瓷样品的荧光强度可以监测样品的压电系数的大小。
【学位授予单位】：浙江师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM282

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本文编号：1156342