铁电陶瓷相变对稀土荧光性能的影响

发布时间：2017-08-26 06:05

  本文关键词：铁电陶瓷相变对稀土荧光性能的影响

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【摘要】：相变温度是表征铁电性能的重要物理量,准确测量相变温度对改善铁电性能有至关重要的作用。近年来,基于稀土离子荧光探针测量铁电体相变点的方法开始受到研究者的关注,利用铁电体相变导致的稀土荧光光谱变化可以准确测量相变温度,该类方法的优势在于其具有非接触、方便快捷等特点。目前利用此方法来测量铁电体相变温度的研究还处于起步阶段。本论文以钛酸钡(BaTiO_3)陶瓷、钛酸钙钡(Ba_(0.77)Ca_(0.23)TiO_3)陶瓷和铌酸钾钠(K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3)陶瓷为基质,掺杂铒离子(Er~(3+))作为荧光探针,对三种不同基质的铁电材料的相变温度进行测量研究。开展了1%Yb~(3+),1%Er~(3+):BaTi O_3陶瓷相变温度测量研究。利用溶胶凝胶法(S-G)制备了纯BT陶瓷和1%Yb~(3+),1%Er~(3+)掺杂的BT陶瓷样品。测试了样品的铁电性和介电性,发现1%Yb~(3+)和1%Er~(3+)掺杂提高了BaTiO_3铁电陶瓷的铁电性能,并且居里温度TC升高到136°C,正交-四方相变温度TO-T降低到-11°C。测量了-50°C~150°C范围内样品变温荧光谱,发现在TC和TO-T附近,Er~(3+):4S3/2→4I15/2跃迁产生的绿色上转换荧光的强度、峰位变化规律出现突变,并且部分Stark劈裂峰消失,表明在钛酸钡基陶瓷中,可以利用荧光方法测量铁电材料的铁电-铁电相变和铁电-顺电相变。开展了1%Er~(3+):Ba_(0.77)Ca_(0.23)TiO_3陶瓷相变温度测量研究。利用S-G法制备了纯BCT陶瓷和1%Er~(3+)掺杂的BCT陶瓷样品。测试了样品的铁电性和介电性,发现1%Er~(3+)的掺杂会大幅提高Ba_(0.77)Ca_(0.23)TiO_3铁电陶瓷的铁电性能,并且居里温度TC提高到110°C。测量了90°C~150°C范围内样品变温荧光谱,发现在TC附近,Er~(3+):4S3/2→4I15/2跃迁产生的绿色上转换荧光的强度、峰位变化规律出现突变,表明在钛酸钙钡基陶瓷中,可以利用荧光方法测量铁电材料的铁电-顺电相变。开展了1%Er~(3+):K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3相变温度测量研究。利用高温固相合成法制备了纯KNN陶瓷和1%Er~(3+)掺杂的KNN陶瓷样品。测试了样品的的铁电性和介电性,发现1%Er~(3+)的掺杂降低了K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3铁电陶瓷的铁电性能,并且居里温度TC降低到404°C,正交-四方相变温度TO-T降低到201°C。测量了150°C~450°C范围内样品变温荧光谱,发现在TC和TO-T附近,Er~(3+):2H11/2→4I15/2和4S3/2→4I15/2跃迁产生的绿色上转换荧光的强度、荧光强度比(FIR)出现较大变化,表明在铌酸钾钠基陶瓷中,可以利用荧光方法测量铁电材料的铁电-顺电相变。
【关键词】：铁电陶瓷 相变温度 稀土离子 荧光性能
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 钙钛矿型无铅铁电陶瓷概述10-13
• 1.2.1 钛酸钡基无铅铁电陶瓷10-11
• 1.2.2 钛酸钙钡基无铅铁电陶瓷11-12
• 1.2.3 铌酸钾钠基无铅铁电陶瓷12-13
• 1.3 稀土离子能级结构及其上转换发光物理机制13-16
• 1.3.1 稀土离子能级结构13-15
• 1.3.2 稀土离子上转换发光物理机制15-16
• 1.4 铁电陶瓷荧光表征方法的研究现状及分析16-19
• 1.4.1 铁电陶瓷荧光表征方法的介绍16
• 1.4.2 国内外的研究现状16-18
• 1.4.3 国内外研究现状的分析18-19
• 1.5 本论文的主要内容19-20
• 第2章 稀土掺杂铁电陶瓷的制备及物相结构表征20-31
• 2.1 引言20
• 2.2 1% Yb~(3+), 1% Er~(3+):BaTiO_3陶瓷制备及物相结构表征20-25
• 2.2.1 1% Yb~(3+), 1% Er~(3+):BaTiO_3陶瓷制备20-23
• 2.2.2 1% Yb~(3+), 1% Er~(3+):BaTiO_3陶瓷的物相结构表征23-25
• 2.3 1% Er~(3+):Ba_(0.77)Ca_(0.23)TiO_3陶瓷制备及物相结构表征25-27
• 2.3.1 1% Er~(3+):Ba_(0.77)Ca_(0.23)TiO_3陶瓷制备25-26
• 2.3.2 1% Er~(3+):Ba_(0.77)Ca_(0.23)TiO_3陶瓷的物相结构表征26-27
• 2.4 1% Er~(3+):K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3陶瓷制备及物相结构表征27-29
• 2.4.1 1% Er~(3+):K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3陶瓷制备27-28
• 2.4.2 1% Er~(3+):K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3陶瓷的物相结构表征28-29
• 2.5 本章小结29-31
• 第3章 稀土掺杂铁电陶瓷的电学性能研究31-41
• 3.1 引言31-32
• 3.2 1% Yb~(3+), 1% Er~(3+):BaTiO_3陶瓷的电学性能研究32-35
• 3.2.1 1% Yb~(3+), 1% Er~(3+):BaTiO_3陶瓷的电滞回线测量32
• 3.2.2 1% Yb~(3+), 1% Er~(3+):BaTiO_3陶瓷的变温介电常数测量32-35
• 3.3 1% Er~(3+):Ba_(0.77)Ca_(0.23)TiO_3陶瓷的电学性能研究35-37
• 3.3.1 1% Er~(3+):Ba_(0.77)Ca_(0.23)TiO_3陶瓷的电滞回线测量35-36
• 3.3.2 1% Er~(3+):Ba_(0.77)Ca_(0.23)TiO_3陶瓷的变温介电常数测量36-37
• 3.4 1% Er~(3+):K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3陶瓷的电学性能研究37-40
• 3.4.1 1% Er~(3+):K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3陶瓷的电滞回线测量37-38
• 3.4.2 1% Er~(3+):K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3陶瓷的变温介电常数测量38-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 稀土掺杂铁电陶瓷的变温荧光光谱研究41-56
• 4.1 引言41
• 4.2 1% Yb~(3+), 1% Er~(3+):BaTiO_3陶瓷的变温荧光光谱研究41-48
• 4.3 1% Er~(3+):Ba_(0.77)Ca_(0.23)TiO_3陶瓷的变温荧光光谱研究48-50
• 4.4 1% Er~(3+):K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3陶瓷的变温荧光光谱研究50-54
• 4.5 本章小结54-56
• 结论56-58
• 参考文献58-65
• 致谢65-66
• 个人简历66

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本文编号：740084