Pr掺杂铌酸钾和铌酸钾钠的水热法制备及其光致发光特性研究

摘要

铌酸钾和铌酸钾钠是无铅铁电材料的代表，具有优异的机电特性、非线性光学性能，在电子器件、医学诊疗等领域应用前景可观，因此，成为当前的研究热点。稀土掺杂的铁电材料可以通过其发光特性监控铁电材料在器件应用中的温度，具有原位监测、非接触、使用方便等优势。人们对稀土元素镨(Pr)掺杂的Ba0.77Ca0.23TiO3等铁电材料的研究取得了进展，发现对铁电材料进行极化以及调制铁电材料的组分等手段可以有效增强Pr元素相关发光强度，而镨掺杂的NaYF4等基质材料被证明可以实现高灵敏度的光学温度监测。本文采用水热法对Pr掺杂铌酸钾和铌酸钾钠进行制备，并对其光致发光特性进行研究。
　　首先，开展了铌酸钾和铌酸钾钠的水热法制备研究，并对产物进行了表征。通过控制生长时间、前驱体浓度等实验参数成功制备出具有钙钛矿结构的铌酸钾和铌酸钾钠，深入研究了材料的生长特性，实现了对材料组分、晶粒大小、掺杂量等参数的有效调控。在200℃，经反应10 h合成了颗粒均匀，尺寸可控的纯净的粒径大小可以控制在180 nm-700 nm的钙钛矿型斜方铌酸钾。得到了不同组分Na/K比例的、颗粒均匀的铌酸钾钠。
　　开展了Pr掺杂铌酸钾的水热法制备与光致发光特性研究。通过水热法制备出Pr掺杂铌酸钾，并以波长为325 nm激光为激发光源，探讨了Pr掺杂的铌酸钾发光机制。通过对掺杂量、退火、温度等实验条件的控制，实现了对于Pr掺杂铌酸钾发光特性的调制，通过调节不同发光峰的相对发光强度实现了对材料发光颜色的有效调控。最终得到Pr3+掺杂的铌酸钾经过调制可以产生白光、黄光、蓝光，并证明了Pr掺杂的铌酸钾发光对温度敏感，具有测温潜力。
　　最后，开展了Pr掺杂铌酸钾钠的水热法制备和光致发光特性的研究。通过水热法制备出Pr掺杂的铌酸钾钠，对其进行了温度与发光强度关系的研究，并对Pr掺杂铌酸钾钠的光学温度传感特性进行了深入研究，特别是通过三种方法对比，实现了基于Pr3+掺杂的铌酸钾钠产生的红色荧光与蓝色荧光强度比的温度传感，灵敏度高达6303/T2。
　　这些研究成果不仅增强了人们对于Pr掺杂铌酸钾和铌酸钾钠铁电材料的水热法制备和光致发光特性的理解，还可以推广到Pr掺杂的其他种类铁电材料的发光特性对于温度的灵敏性的研究，以及利用光谱技术实现铁电材料工作状态下温度分布的原位实时监测。

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第1章 绪 论

1.1引言

1.2铌酸钾和铌酸钾钠体系概述

1.3 铌酸钾和铌酸钾钠的常用合成方法

1.4 三价稀土离子的能级结构和镨元素发光特性

1.5 Pr掺杂铌酸钾和铌酸钾钠制备与光致发光特性研究现状

1.6 本课题的研究意义及主要研究内容

第2章 铌酸钾和铌酸钾钠的制备与表征

2.1制备铌酸钾和铌酸钾钠的方法和主要步骤

2.2铌酸钾的物相结构和微观形貌表征

2.3 合成条件对铌酸钾产物的影响研究

2.4 铌酸钾微晶的压电特性测试

2.5 钠浓度对铌酸钾钠相结构和微观相貌的影响研究

2.6本章小结

第3章 Pr掺杂铌酸钾光致发光特性研究

3.1 Pr掺杂铌酸钾的制备和表征

3.2 Pr掺杂的铌酸钾光致发光研究

3.3本章小结

第4章 Pr掺杂铌酸钾钠光致发光特性研究

4.1 Pr掺杂的铌酸钾钠的制备与表征

4.2 Pr掺杂的铌酸钾钠光致发光特性

4.3 不同传感器的比较

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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