Er、Yb共掺铌镁酸铅-钛酸铅陶瓷电学及上转换发光性质的研究

摘要

Pb(Mg1/3Nb2/3)O3体系陶瓷由于具有优良的电学性能,其中,与PbTiO3的二元体系PMN-PT陶瓷在准同型相界附近的压电常数d33达到了500pC/N以上,介电常数超过了20000,有高的机电耦合系数,具有优异压电、铁电以及介电性能,是制作大功率压电陶瓷变压器的最佳材料。
　　在所有的稀土离子中,Er3+离子由于能级较多,且它的能级分布均匀,这样的特点对于稀土离子的上转换发光是十分有利的;而Yb3+离子作为稀土离子提高上转换发光效率最重要的敏化剂。Er3+离子和Yb3+离子共掺时,它的稀土离子的荧光发光效率,比Er3+离子单独的效率高的多。此外,稀土离子上转换发光效率的高低与基质的选择有非常密切的关系,基质的声子能量越低,越有利于提高上转换发光效率,PMN-PT陶瓷具有较低的声子能量,是良好的稀土离子上转换发光基质。由于,之前对稀土离子Er3+/Yb3+共掺PMN-PT陶瓷系统的上转换发光性质与极化状态的关系没有人进行过报道,这将是本论文研究的主要方向。
　　本论文采用传统固相反应法制备PMN-PT陶瓷以及Er3+/Yb3+共掺PMN-PT陶瓷样品,通过对陶瓷制备条件的摸索,使得能够制备纯的钙钛矿结构的PMN-PT陶瓷样品,并且样品的致密性达到70％以上,通过扫描电子显微镜观察陶瓷样品晶粒大小,确定制备出PMN-PT压电陶瓷。然后,对陶瓷表面进行抛光处理,被银后,测试PMN-PT陶瓷的铁电、压电以及介电性能,研究烧结温度对陶瓷电学性能的影响,总结实验规律,找出最佳的烧结温度1200℃,在这个烧结温度下,陶瓷的铁电压电等性能都得到最佳值;通过对比Er3+/Yb3+共掺PMN-PT陶瓷与纯的PMN-PT陶瓷的电学性能对比,得出稀土离子掺杂对陶瓷性能的影响,随着离子掺杂浓度的增加,陶瓷的电学性能也随着下降,如何解决这个问题,是今后工作中需要解决的一个重点难题。
　　接下来,研究Er3+/Yb3+共掺PMN-PT陶瓷上转换发光性质,利用上转换测试光路,测试陶瓷的上转换发光光谱,比较不同掺杂浓度对发光强度的影响,比较不同烧结温度对陶瓷发光强度的影响,分析发光光谱,发现,样品的发光强度并不是一直随着掺杂浓度的增加而增,存在一个猝灭浓度,超过这个浓度之后,发光强度反而随着浓度的增加而减少。通过拟合PMN-PT:Er3+/Yb3+陶瓷样品的上转换荧光对泵浦能量的依赖关系,确定稀土离子的发光过程是一个双光子发光过程。
　　在不同极化电场下,对PMN-PT:Er3+/Yb3+陶瓷样品进行极化后,研究极化场强对Er3+/Yb3+共掺PMN-PT陶瓷样品压电性能和上转换荧光强度的影响。发现样品在经过极化处理后,会改变上转换荧光的强度,对其荧光峰位没有影响,这样可以把上转换荧光光谱作为定标,表征材料的极化状态。

目录

Er、Yb共掺铌镁酸铅-钛酸铅陶瓷电学及上转换发光性质的研究

THE ELECTRICAL AND UPCONVERSION FLUORESCENCE PROPERTITIES OF Er、Yb CO-DOPED PMN-PT CERAMICS

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 铁电陶瓷简介

1.3 稀土离子的上转换发光简介

1.4 研究的目的和意义

1.5 本文的主要研究内容

第2章 PMN-PT陶瓷的制备

2.1 引言

2.2 PMN-PT陶瓷的制备工艺

2.3 PMN-PT：Er3+/Yb3+掺杂陶瓷的制备

2.4 PMN-PT陶瓷样品的结构与形貌表征

2.5 本章小结

第3章 PMN-PT陶瓷的电学性能分析

3.1 引言

3.2 PMN-PT陶瓷的电学性质

3.3 Er3+/Yb3+共掺对PMN-PT陶瓷电学性质的影响

3.4 本章小结

第4章 稀土离子Er3+/Yb3+共掺PMN-PT陶瓷 上转换发光性质

4.1 引言

4.2 上转换发光测试光路介绍

4.3 Er3+/Yb3+共掺PMN-PT陶瓷上转换发光光谱

4.4 PMN-PT：Er3+/Yb3+陶瓷发光强度与泵浦能量的关系

4.5 极化对PMN-PT：Er3+/Yb3+陶瓷上转换发光性质的影响

4.6 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

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢