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铋层状铁电氧化物Na0.5Bi4.5Ti4O15因其具有较高的居里温度Tc、低介电常数、低介电损耗等优点从而在高温高频领域、铁电存储领域、能量转换器、滤波器等方面具有广泛的应用前景,同时这类材料具有较大的禁带宽度、较低的声子能量、优异的物理化学稳定性和环境友好等特点,被认为是一类良好的稀土发光基质材料。因此研究和发展铋层状铁电氧化物材料的电学及光学性能在光电多功能器件应用领域中有着巨大潜力。本文首先研究了掺杂钙钛矿型结构K0.5Na0.5NbO3对Na0.5Bi4.5Ti4O15陶瓷的结构及电学性能的影响,同时也对稀土离子Er3+、Eu3+掺杂Na0.5Bi4.5Ti4O15陶瓷的电学和光学性能进行了系统的研究。研究内容主要如下:首先,采用固相法制备了(1-x)Na0.5Bi4.5TiO15-xK0.5Na0.5NbO3(NBT-KNN-100x)(x=0.00,0.05,0.10和0.15)铋层状无铅压电陶瓷。研究发现所有陶瓷样品均为单一的铋层状结构相;样品的正交畸变程度随x的增加逐渐减小,与居里温度Tc减小趋势一致;随着KNN含量的增加,剩余极化2Pr和压电常数d33均先增大后减小,在掺杂量为0.10时达到最大值分别为2.68μC/cm2,24pC/N;同时通过阻抗谱分析了样品的高温弛豫及电导机制。所有样品的阻抗弛豫均符合Arrhenius行为,但在高于或低于居里温度时各具有不同的弛豫激活能,其分别对应于不同的弛豫机制;交流电导率遵循Jonscher幂律公式:σtot(ω)=A(T)ωs+σDC(T)(0<S<1),在Tc温度下,直流电导,跳跃电导和阻抗弛豫的电导激活能均与氧空位二级电离激活能相近,表明样品在高温下直流电导,跳跃电导和阻抗弛豫过程均与氧空位的二级电离电导机制有关;同时利用指数S研究样品在不同温区的电导机制,结果表明样品在铁电相区时,交流电导机制对应于氧空位二级电离相关的障碍跳跃机制,在顺电相区时,对应于非重叠小极化子隧道电导机制。其次,采用固相法制备了 Na0.5Bi4.5-xErxTi4O15(NBT-xEr3)(0.00<x<0.40)铋层状无铅压电陶瓷,并系统研究了其结构、电学及上转换荧光性能。结果表明:所有陶瓷样品均为单相正交结构;样品的晶胞参数、晶胞体积和正交畸变程度均随x的增加逐渐减小;随着掺杂量x的增加,样品的平均晶粒尺寸逐渐减小;拉曼光谱表明Er3+离子的掺入并没有破坏铋氧层(Bi2O2)2-结构,主要取代伪钙钛矿层A位中的Bi3+,提高了 A位阳离子的无序度并减弱了 TiO6八面体的畸变程度;在x=0.2mol时,陶瓷样品的荧光强度达到最佳值;样品的红绿光强度比值随x掺杂量增加而增大;介电测试显示Er3+掺杂改性提高了 NBT陶瓷的Tc,同时也降低了样品在高温下的介电损耗tanδ,表明该材料适合于用作高温传感器件。最后,研究了稀土离子Eu3+掺杂的Na0.5Bi4.5-xEuxTi4O15(NBT-xEu3+)(x=0.00,0.05,0.10,0.15,0.20,0.25,0.30和0.40)陶瓷的下转换荧光性能及电学性能。研究发现在x=0.25时陶瓷具有最强的红光和橙光发射峰,分别对应于Eu3+离子的5D0→7F2(617nm)和5D0→7F1(596nm)能级间的跃迁。最强激发峰位于465nm,与目前商用InGaN基蓝光芯片发射波长一致,表明该材料在环境友好型新型白光LED红橙荧光粉领域中具有潜在的应用价值;此外,高温电导分析表明样品高温下的电导载流子源自于氧空位的电离;随着掺杂量x从x=0.00增加到x=0.40时,样品的居里温度从640℃提高到711℃,表明该材料适用于高温传感和光电集成器件。