极化和相变对Pr<'3+>掺杂Ba<,0.77>Ca<,0.23>TiO<,3>陶瓷发光特性的影响

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近年来,氧化物发光体因较硫化物发光体在电子轰击后化学稳定性方面的巨大优势而在平板显示技术领域有着重要的应用前景。在氧化物发光体中,Pr3+掺杂钙钛矿相ATiO3(A为Ca、Sr、Ba)发光材料因其在低压场致发射显示器(FED)的制造中显现出的应用前景而引起了人们的关注。钛酸钡(BaTiO3),钛酸锶(SrTiO3)和钛酸钙(CaTiO3)作为三种典型的电介质,它们的固溶体因具有良好的介电及铁电性质而被广泛应用,已为大量的研究人员进行了深入的研究。然而对于利用稀土掺杂发光探测(Ba,Ca,Sr)TiO3铁电陶瓷的相变过程,以及极化与稀土离子的发光特性关系方面的研究,目前还未见有报道。本文将主要针对这两个问题做一些探讨。 运用传统固相烧结工艺通过原位掺杂的办法制备了稀土Pr3+掺杂的(Ba0.77 Ca0.23)TiO3铁电陶瓷,研究了不同温度范围下极化和未极化样品的电学性质和光致发光性质,探讨了极化对Pr3+发光特性的影响作用,同时对利用Pr3+的发光特性进行陶瓷相变过程的探测作了相应的阐述。随着Pr3+离子的掺入,Pr3+取代了ATiO3中A位的金属Ca2+离子而形成缺陷发光中心。我们首先研究了不同温度下极化前后铁电陶瓷样品的光致发光性质,同时分别比较了红蓝发射峰不同温度下光致发光强度的变化。极化后Pr3+掺杂(Ba0.77 Ca0.23)TiO3铁电陶瓷样品在不同温度范围(50 K~300 K)下611 nm红光发射峰强较极化前增强30%。极化使样品在不同温度下Pr3+离子红光发射峰的强度和形状均发生了显著变化,而蓝光发射峰在极化前后却没有明显的影响。同时我们还研究了Pr3+掺杂铁电陶瓷的相变与其光致发光性质的关系。我们发现相变对Pr3+掺杂(Ba0.77 Ca0.23)TiO3铁电陶瓷的发光特性有影响。在100 K附近样品的红光和蓝光发射峰峰强有一个明显的极大值,这对应于铁电体的正交相一四方相相变;在315K~405 K范围内611nm红光发射峰光致发光强度有一个相应的突减,则对应于铁电体的四方相—立方相相变。极化和相变对Pr3+掺杂(Ba0.77 Ca0.23)Ti03铁电陶瓷光致发光性质的影响主要是由于在此过程中Pr3+离子周围产生局部内电场,导致Pr3+离子缺陷发光中心的晶体场发生变化所致。本论文的研究表明:一方面,由于陶瓷所具有的铁电性,极化后可以使得室温和低于室温时Pr3+在611 nm所具有的红光发射峰强度比未极化时增加30%;另一方面,由于Pr3+的发射峰强对铁电相变的积极响应,Pr3+的发光特性也可以作为检验陶瓷相变的一种有效的结构探测器。
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