氧化锌/铁电复合陶瓷的制备及其发光、电学性质研究
发布时间：2021-11-05 14:02
压电陶瓷能够实现机械能和电能的互相转换,是一类重要的功能材料。由于具有优异的压电性能,以PbTi03-PbZr03（PZT）为基的含铅钙钛矿压电陶瓷在传感器、驱动器和超声换能器等方面有着广泛的应用。然而,PZT陶瓷材料含有对人类健康和生态环境有害的铅,随着人们对健康和生态环境的日益重视,开发高性能的无铅压电陶瓷成为一个重要的研究方向。随着现代科技的快速进步,电子器件也向着集成化、多功能化和绿色环保化的方向发展。这就要求电子器件能够同时对外部环境的电学、力学和光学信号作出快速的响应。这些因素促进了无铅多功能材料的研究与开发。在此背景下,本文主要开展了如下两个方面的研究:首先,本文采用固相烧结法制备了 Er:0.94Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3/xZnO（Er:BNTBT/xZnO,x = 0,0.1,0.2,0.3,0.4）铁电复合陶瓷,Er3+掺杂的浓度为1.Omol%。利用X射线衍射（XRD）以及扫描电子显微镜（SEM）对所有陶瓷样品进行了测试,测试结果表明Er:BNTBT/xZnO陶瓷形成了两相共存的复合结构,并且可以看出ZnO存在聚集长大的趋势,此外,Er3...
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１理想的钙钛矿结构人８０３原始晶胞??实际上，由于Ａ、Ｂ位离子的半径相差较大，钙钛矿氧化物的晶体结构会发??
所以Ｅｒ３＋很容易被特定波长的光所激发，发生／／跃迁。因为这一特点，Ｅｒ３＋成为??目前研究最为广泛的稀土发光离子之一｜ｗｌ。??本文研究的是Ｅｒ３＋的上转换发光过程，其原理图如图２．１所示。在９８０ｎｍ的??激发光源的照射下，电子通过基态吸收（Ｇｒｏｕｎｄ－ＳｔａｔｅＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎ，ＧＳＡ）过程从基??态４１！５／２跃迁到激发态４１丨丨／２，再通过激发态吸收（Ｅｘｃｉｔｅｄ－Ｓｔａｔｅ?Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ，ＥＳＡ）过??程吸收另一个９８０ｎｍ的光子或者来自周围Ｅｒ３＋的能量转移（Ｅｎｅｒｇｙ?Ｔｒａｎｓｆｅｒ，?ＥＴ）??跃迁到４ｆ７／２能级。一些处于４ｆ７／２能级的电子可以通过弛豫过程跃迁到２ｈ１１／２、４ｓ３／２??和４Ｆ９／２能级，再跃迁回基态４１１５／２即产生了波长为５２８ｎｍ、５４８ｎｍ的绿光和波长??为６６５ｎｍ的红光［７’８】。??本论文使用法国ＨＯＲＩＢＡ?Ｊｏｂｉｎ?Ｙｖｏｎ公司生产的ｉＨＲ３２０成像光谱仪，分别??测试了?Ｅｒ：ＢＮＴＢＴ／ｘＺｎＯ陶瓷样品极化前、后的光致发光谱，系统研宄／不同的??２３??
和Ｎａ＋在烧结过程中的挥发，Ｅｒ３＋可能占据了钙钛矿晶体结构的Ａ位。而对于ｘ＞??０的样品，我们可以从图中观察到第二相的衍射峰，经辨识确认为Ｚｎ〇，表明这??些陶瓷样品形成了两相复合结构。图３．１（ｂ）是Ｅｒ：ＢＮＴＢＴ／ｘＺｎＯ陶瓷样品在２ｅ为??４６．５。附近的ＸＲＤ图像，从图中可以看出，ｘ?＝?０样品在２０为４６．５°处的衍射峰发??生了劈裂，这可能是因为Ｅｒ３＋的掺入诱导出了?ＢＮＴＢＴ中的四方相。??（ａ）?ｘ?＝?０?〇?。Ｏｂｓ．?（ｂ）?ｘ?＝?０．１?？?〇?Ｏｂｓ．???Ｃａｌｃ．?＇??Ｃａｌｃ．??＜?Ｄｉｆｆ．?，?Ｄｉｆｆ．??ＢＮＴ－ＢＴ－Ｅｒ?ＢＮＴ－ＢＴ－Ｅｒ??？?？?＇?１０ＺｎＯ??■ｔ?ｌ?ｆ?ｓ??Ｉ?Ｉ?ＩＩ?ｆ?Ｉ?Ｉ?■?Ｉ?Ｉ?ＩＩＩ?１１?Ｉ?ｔｉｌｌ???Ｉ?ｉ????—?＾＾￣＾??ｉ?＊?．?ｉ?．?ｉ?．?ｉ?．?ｉ?．?ｉ?ｉ?．?ｉ?■?ｉ?■?ｉ?■?ｊ?■?ｉ??２０?３０?４０?５０?６０?７０?２０?３０?４０?５０?６０?７０??２０?（ｄｅｇ．）?２０?（ｄｅｇ．）??（Ｃ）?Ｘ?＝?０．２?〇?Ｏｂｓ．?（ｄ）?Ｘ?＝?０．３?。Ｏｂｓ．???Ｃａｌｃ．??Ｃａｌｃ．??＂?Ｄｉｆｆ．?——Ｄｉｆｆ．??丨?ＢＮＴ－ＢＴ－Ｅｒ?ＢＮＴ－ＢＴ－Ｅｒ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]无铅压电陶瓷的最新研究进展[J]. 王晨,董磊,彭伟,朱佐祥,吴莲子,凌奇,杨海涛. 中国陶瓷. 2017(11)
[2]无铅压电陶瓷的研究进展[J]. 刘文凤,周超,高景辉,薛德帧,张立学,李盛涛,任晓兵. 中国材料进展. 2016(06)
[3]无铅压电陶瓷的研究现状[J]. 石伟丽,邢志国,王海斗,李国禄,张建军. 材料导报. 2014(03)
[4]钛酸钡基无铅压电陶瓷研究的新进展[J]. 吴浪,滕元成,李玉香,周飞. 材料导报. 2010(19)
[5]无铅压电陶瓷的研究与应用进展[J]. 赵亚,李全禄,王胜利,秦梅宝,张引红. 硅酸盐通报. 2010(03)
[6]稀土发光材料产业现状分析[J]. 李晓丽,张忠义. 稀土. 2010(02)
[7](K0.5Na0.5)1-2xSrx(Nb0.94Sb0.06)O3无铅压电陶瓷结构及性能研究[J]. 范桂芬,吕文中,饶源源. 无机材料学报. 2009(03)
[8]无铅压电陶瓷的器件应用分析[J]. 尹奇异,廖运文,赁敦敏,肖定全. 压电与声光. 2006(02)
[9]从发明专利看无铅压电陶瓷的研究与发展——无铅压电陶瓷20年发明专利分析之一[J]. 赁敦敏,肖定全,朱建国,余萍,鄢洪建. 功能材料. 2003(03)
本文编号：3477942
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１理想的钙钛矿结构人８０３原始晶胞??实际上，由于Ａ、Ｂ位离子的半径相差较大，钙钛矿氧化物的晶体结构会发??
所以Ｅｒ３＋很容易被特定波长的光所激发，发生／／跃迁。因为这一特点，Ｅｒ３＋成为??目前研究最为广泛的稀土发光离子之一｜ｗｌ。??本文研究的是Ｅｒ３＋的上转换发光过程，其原理图如图２．１所示。在９８０ｎｍ的??激发光源的照射下，电子通过基态吸收（Ｇｒｏｕｎｄ－ＳｔａｔｅＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎ，ＧＳＡ）过程从基??态４１！５／２跃迁到激发态４１丨丨／２，再通过激发态吸收（Ｅｘｃｉｔｅｄ－Ｓｔａｔｅ?Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ，ＥＳＡ）过??程吸收另一个９８０ｎｍ的光子或者来自周围Ｅｒ３＋的能量转移（Ｅｎｅｒｇｙ?Ｔｒａｎｓｆｅｒ，?ＥＴ）??跃迁到４ｆ７／２能级。一些处于４ｆ７／２能级的电子可以通过弛豫过程跃迁到２ｈ１１／２、４ｓ３／２??和４Ｆ９／２能级，再跃迁回基态４１１５／２即产生了波长为５２８ｎｍ、５４８ｎｍ的绿光和波长??为６６５ｎｍ的红光［７’８】。??本论文使用法国ＨＯＲＩＢＡ?Ｊｏｂｉｎ?Ｙｖｏｎ公司生产的ｉＨＲ３２０成像光谱仪，分别??测试了?Ｅｒ：ＢＮＴＢＴ／ｘＺｎＯ陶瓷样品极化前、后的光致发光谱，系统研宄／不同的??２３??
和Ｎａ＋在烧结过程中的挥发，Ｅｒ３＋可能占据了钙钛矿晶体结构的Ａ位。而对于ｘ＞??０的样品，我们可以从图中观察到第二相的衍射峰，经辨识确认为Ｚｎ〇，表明这??些陶瓷样品形成了两相复合结构。图３．１（ｂ）是Ｅｒ：ＢＮＴＢＴ／ｘＺｎＯ陶瓷样品在２ｅ为??４６．５。附近的ＸＲＤ图像，从图中可以看出，ｘ?＝?０样品在２０为４６．５°处的衍射峰发??生了劈裂，这可能是因为Ｅｒ３＋的掺入诱导出了?ＢＮＴＢＴ中的四方相。??（ａ）?ｘ?＝?０?〇?。Ｏｂｓ．?（ｂ）?ｘ?＝?０．１?？?〇?Ｏｂｓ．???Ｃａｌｃ．?＇??Ｃａｌｃ．??＜?Ｄｉｆｆ．?，?Ｄｉｆｆ．??ＢＮＴ－ＢＴ－Ｅｒ?ＢＮＴ－ＢＴ－Ｅｒ??？?？?＇?１０ＺｎＯ??■ｔ?ｌ?ｆ?ｓ??Ｉ?Ｉ?ＩＩ?ｆ?Ｉ?Ｉ?■?Ｉ?Ｉ?ＩＩＩ?１１?Ｉ?ｔｉｌｌ???Ｉ?ｉ????—?＾＾￣＾??ｉ?＊?．?ｉ?．?ｉ?．?ｉ?．?ｉ?．?ｉ?ｉ?．?ｉ?■?ｉ?■?ｉ?■?ｊ?■?ｉ??２０?３０?４０?５０?６０?７０?２０?３０?４０?５０?６０?７０??２０?（ｄｅｇ．）?２０?（ｄｅｇ．）??（Ｃ）?Ｘ?＝?０．２?〇?Ｏｂｓ．?（ｄ）?Ｘ?＝?０．３?。Ｏｂｓ．???Ｃａｌｃ．??Ｃａｌｃ．??＂?Ｄｉｆｆ．?——Ｄｉｆｆ．??丨?ＢＮＴ－ＢＴ－Ｅｒ?ＢＮＴ－ＢＴ－Ｅｒ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]无铅压电陶瓷的最新研究进展[J]. 王晨,董磊,彭伟,朱佐祥,吴莲子,凌奇,杨海涛. 中国陶瓷. 2017(11)
[2]无铅压电陶瓷的研究进展[J]. 刘文凤,周超,高景辉,薛德帧,张立学,李盛涛,任晓兵. 中国材料进展. 2016(06)
[3]无铅压电陶瓷的研究现状[J]. 石伟丽,邢志国,王海斗,李国禄,张建军. 材料导报. 2014(03)
[4]钛酸钡基无铅压电陶瓷研究的新进展[J]. 吴浪,滕元成,李玉香,周飞. 材料导报. 2010(19)
[5]无铅压电陶瓷的研究与应用进展[J]. 赵亚,李全禄,王胜利,秦梅宝,张引红. 硅酸盐通报. 2010(03)
[6]稀土发光材料产业现状分析[J]. 李晓丽,张忠义. 稀土. 2010(02)
[7](K0.5Na0.5)1-2xSrx(Nb0.94Sb0.06)O3无铅压电陶瓷结构及性能研究[J]. 范桂芬,吕文中,饶源源. 无机材料学报. 2009(03)
[8]无铅压电陶瓷的器件应用分析[J]. 尹奇异,廖运文,赁敦敏,肖定全. 压电与声光. 2006(02)
[9]从发明专利看无铅压电陶瓷的研究与发展——无铅压电陶瓷20年发明专利分析之一[J]. 赁敦敏,肖定全,朱建国,余萍,鄢洪建. 功能材料. 2003(03)
本文编号：3477942
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