锂铒共掺杂钛酸钡陶瓷的电学性质及光谱研究

发布时间：2020-05-27 14:54

【摘要】：钛酸钡(BaTiO_3)陶瓷是一种被广泛研究的具有钙钛矿型结构的铁电陶瓷,其介电性较高、压电性中等,工作温度范围窄,不易烧结。近期的研究工作主要是通过离子掺杂和改善制备工艺来提高钛酸钡陶瓷的电学性质。本文通过使用Li~+/Er~(3+)对钛酸钡陶瓷进行共掺杂,使其电学性质提高的同时具有了良好的发光效应。对于铁电陶瓷电学性能的表征,通常采用常规的接触式测量法。近年来,随着荧光铁电陶瓷的提出,研究者开始通过建立荧光光谱与电学性质之间的关系,来对铁电陶瓷进行荧光电性表征。相较于接触式测量法,荧光表征法更加方便快捷。目前关于荧光表征法,大多侧重于铁电陶瓷温度灵敏性的研究,而有关陶瓷微观结构的表征很少。本论文通过研究锂铒共掺杂钛酸钡陶瓷的电学性质与光谱性质,探索了Li~+/Er~(3+):BaTiO_3陶瓷微观结构与光谱之间的关系。研究了不同配比的Li~+/Er~(3+):BaTiO_3陶瓷电学性质。利用溶胶凝胶法制备了不同配比的Li~+/Er~(3+):BaTi O_3陶瓷样品、纯BaTiO_3陶瓷样品以及1%Er~(3+):BaTiO_3陶瓷样品。测试了样品的铁电和介电性质,发现Li~+/Er~(3+):BaTiO_3陶瓷样品的铁电性和介电性高于纯BaTiO_3陶瓷,但低于1%Er~(3+):BaTiO_3陶瓷。研究了Li~+/Er~(3+):BaTiO_3陶瓷上转换荧光光谱与温度之间的响应关系。通过测量不同配比Li~+/Er~(3+):BaTiO_3陶瓷的上转换荧光光谱对温度的响应特性,建立了“温度-微观结构-上转换荧光光谱”三者之间的变化关系。研究了不同温度下的Li~+/Er~(3+):BaTiO_3陶瓷的上转换荧光光谱,发现在居里-外斯温度T_0附近,上转换荧光光谱随温度的变化规律会发生突变,表明在该温度附近,Li~+/Er~(3+):BaTiO_3陶瓷的微观结构发生了改变。研究了Li~+/Er~(3+):BaTiO_3陶瓷红外荧光光谱与温度之间的响应关系,发现不同配比的Li~+/Er~(3+):BaTiO_3陶瓷,红外荧光发光效率不同,1%Li~+/Er~(3+):BaTiO_3陶瓷的发光最强。红外荧光光谱的温度响应方式与荧光光谱相似,在居里-外斯温度T_0附近会发生突变。
【图文】：

电滞回线,铁电陶瓷,烧结条件

图 1-2 铁电体的电滞回线图[19]量得到的铁电体的电滞回线图，电滞回线表征的是材料研究铁电陶瓷电滞回线的剩余极化强度 Pr来分析铁电强度 Pr越大，铁电性能越好。正常铁电陶瓷的电滞回烧结方式和烧结条件决定了样品性能的好坏，因此，研形状来初步判断样品的烧结条件是否合适。介电性由相对介电常数表征，其受温度与外加电场频温度 TC时，数值最大。对于 BaTiO3陶瓷，其介温谱有和正交-三方相变温度附近表现较为明显[17]。本实验中相间接测量，二者关系如下： r=4 πε0 2厚度(m)直径(m)

溶胶前驱体,陶瓷

图 2-1 Li+/Er3+:BaTiO3陶瓷溶胶前驱体干凝胶研磨成粉，放置在马弗炉中进保温 120min，，再经过 100min 升到 9的 BaTiO3粉末[17]。磨；(2)压片成型；(3)排胶。温度。一般情况下，纯 BaTiO3陶瓷的其结烧温度出现了不同程度的降低，过对不同升温速率所制备的BaTiO3低于 1000℃，5℃/min；高于 1000℃晶粒的生长，一般认为，保温时间越长验比较，得到保温时间为 4h，当保熔化现象。表2-2是烧结温度表，图2表 2-2 烧结温度表r3+) 0 0.5% 1% 1.5% 1350℃ 1330℃ 1320℃ 1310℃
【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】：2018
【分类号】：TQ174.1

【参考文献】