【摘 要】
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电卡效应制冷因其高效灵活的特点而备受关注。钛酸铋钠(Bi0.5Na0.5Ti O3,简称BNT)基陶瓷在准同型相界（MPB）表现出优异的性能;另外,有望通过稀土元素掺杂集成多种性能的稀土掺杂压电陶瓷被人们广泛关注。本文旨在研究Er3+掺杂对不同BNT基铁电陶瓷的电卡效应及发光温度特性的影响,主要内容如下:1.Er3+掺杂位于MPB区域的0.956Bi0.5-xNa0.5Ti O3-0.044Ba(
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电卡效应制冷因其高效灵活的特点而备受关注。钛酸铋钠(Bi0.5Na0.5Ti O3,简称BNT)基陶瓷在准同型相界（MPB）表现出优异的性能;另外,有望通过稀土元素掺杂集成多种性能的稀土掺杂压电陶瓷被人们广泛关注。本文旨在研究Er3+掺杂对不同BNT基铁电陶瓷的电卡效应及发光温度特性的影响,主要内容如下:1.Er3+掺杂位于MPB区域的0.956Bi0.5-xNa0.5Ti O3-0.044Ba(Mg1/3Nb2/3)O3（956BNT-44BMN）、0.96Bi0.5-xNa0.5Ti O3-0.04Sr(Mg1/3Nb2/3)O3（96BNT-4SMN）及0.978Bi0.5-xNa0.5Ti O3-0.022Ca(Mg1/3Nb2/3)O3（978BNT-22CMN）,研究掺杂浓度及A位同族修饰体对电卡效应及温度发光特性的影响。与另外两者相比,956BNT-44BMN:x Er在80k V/cm的电场下的Pmax最高,且根据“间接法”算出样品具有高达2.65K的电卡温变,且在569K时获得了高达0.0053K-1的光学温度敏感系数,实验证明了A位修饰体的弛豫性对于电卡效应及温度发光特性的影响,956BNT-44BMN:x Er具有良好的实用前景;2.Er3+掺杂0.93Bi0.5Na0.5Ti O3-0.07Ba Ti O3（93BNT-7BT）来观察其电卡性能和温度发光特性的变化,找出能够较好的提升性能的掺杂浓度。93BNT-7BT:x Er体系中x=0.6wt%的样品在铁电测试中具有高达58.086μC/cm~2的最大极化强度,且电卡温变达到2.19K,同时在光学性能测试中于542K得到了高达0.0036K-1的光学温度敏感系数,由此证明适量的Er3+掺杂对材料的性能有所提升,93BNT-7BT-0.6Er2O3表现出较好性能,具有较好的研究价值;3.研究制备了0.885Bi0.5Na0.5Ti O3-0.06Ba Ti O3-0.055(Sr0.7Bi0.18Er0.02□0.1)Ti O3（BNBT6-55SBET）及0.9Bi0.5Na0.5Ti O3-0.06Ba Ti O3-0.04Sr0.7Bi0.18-xEr0.02YbxTi O3（BNBT6-4SBET:x Yb）,并系统地研究了电卡效应及温度发光特性。BNBT6-55SBET陶瓷于60k V/cm电场下,在室温中便取得了0.7K的电卡温变,电卡效应与~2H11/2→~4I15/2的发射强度均在100℃达到峰值,其可以通过原位电场调节材料中的IH/IS比值来调节冷却量。BNBT6-4SBET:x Yb在铁电测试中达到最大的极化强度为36.279μC/cm~2,且出现明显的负电卡效应,在电卡效应测试中的最大绝热可逆温变为3.24K。两者中BNBT6-55SBET具有更好的性能,有望成为便携式固态制冷器件的候选材料。
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