钛酸钡钙铁电陶瓷的上转换发光性能研究

摘要

目前关于上转换发光的研究比较热门，尤其是关于铁电材料的上转换发光性能的研究，通过稀土掺杂后不仅具有优异的上转换发光性能和良好的铁电性能。其中在Er3+离子掺杂的钛酸钡基铁电材料方面已经取得了许多研究成果，然而在保持良好的铁电介电性能的同时材料的发光性能并不是十分的理想。因此，进一步提高改善钛酸钡基铁电材料中Er3+离子发光性能是很有研究价值的。本论文中采用固相反应法制备了三个不同系列的陶瓷，分别为Ba0.85Ca0.15TiO3∶0.75％Er/0.75％Yb/x％In(简称为BCT∶Er/Yb/x％In)、 Ba0.835Ca0.15Ti1-x％O3∶0.75％ Er/0.75％Er/x％In(简称为BCT1-x％∶Er/Yb/x％In)以及Ba0.835-x％Ca0.15TiO3∶0.75％Er/0.75％Yb/x％In(简称为B0.835-x％CT∶Er/Yb/x％In)，系统地研究了In3+离子掺杂对Ba0.85Ca0.15TiO3(简称为BCT)陶瓷的晶体结构、铁电、介电性能的影响规律，以及进一步探究了In3+离子掺杂对Er3+离子的上转换发光性能的影响机制。具体内容如下:
　　一、In3+离子掺杂对BCT∶Er/Yb陶瓷晶体结构的影响
　　XRD衍射结果表明，室温下三个体系陶瓷样品均为钙钛矿相，并且没有检测到任何杂质。其中BCT∶Er/Yb/x％In体系的陶瓷样品室温下同时存在四方相与正交相，呈现两相共存现象，B0.835-x％CT∶Er/Yb/x％In体系的陶瓷却为单一的四方相结构。而BCT1-x％∶Er/Yb/x％In体系的陶瓷晶体结构随着In3+离子掺杂量增加，开始是单一的四方相，然后逐渐地出现正交相，呈现为四方相与正交相两相共存。
　　二、In3+离子掺杂对BCT∶Er/Yb陶瓷电学性能的影响
　　铁电、介电测试结果表明，随着In3+离子掺杂含量的变化，三个不同体系陶瓷的居里温度都是降低，且电滞回线的剩余极化强度与矫顽场都是呈先增大后减小的趋势。其中BCT∶Er/Yb/x％In和B0.835-x％CT∶Er/Yb/x％In两个体系的陶瓷都是在x=0.5时达到最大值，而BCT1-x％∶Er/Yb/x％In体系的陶瓷是在x=1时达到最大值。
　　三、In3+离子掺杂对BCT∶Er/Yb陶瓷上转换发光性能的影响
　　三个不同体系陶瓷的上转换发光强度随着In3+离子掺杂量的增加都呈现先增大后减小的趋势，且均存在浓度淬灭现象。其中BC T∶Er/Yb/x％In和B0.835-x％CT∶Er/Yb/x％In陶瓷样品在x=1.5时发光强度达到最大值，而BCT1-x％∶Er/Yb/x％In陶瓷却是在x=0.5时，并且通过吸收截面的引入成功地解释了上转换发光强度的变化规律。
　　总而言之，通过陶瓷样品的掺杂改性研究，我们对BCT基陶瓷的介电、铁电以及上转化发光性能有了更深入的认识，并且提出了一种新的改善铁电材料上转换发光性能的方法，使得同时具有良好电学性能和上转换发光性能的多功能复合材料成为可能。