铋层状铁电陶瓷Na0.5Bi4.5Ti4O15的结构及其电学与光学性能研究

摘要

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。
　　本研究主要内容包括：⑴采用固相法制备了(1-x)Na0.5Bi4.5Ti4O15-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。⑵采用固相法制备了Na0.5Bi4.5-xErxTi4O15(NBT-xEr3+)(0.00

目录

声明

1 绪论

1.1 本课题的研究背景

1.2 本课题研究的意义和目的

1.3 本论文的主要研究内容

2 实验部分

2.1 实验原料

2.2 铋层状无铅压电陶瓷的制备工艺

2.3 实验仪器及设备

3 K0.5Na0.5NbO3掺杂Na0.5Bi4.5Ti4O15高温铋层状陶瓷的结构与电学性能研究

3.1 引言

3.2 (1-x)Na0.5Bi4.5Ti4O15-xK0.5Na0.5NbO3高温铋层状陶瓷的结构与电学性能研究

3.3 本章小结

4 Er3+掺杂Na0.5Bi4.5Ti4O15铋层状铁电陶瓷的结构，光学及电学性能

4.1 引言

4.2 NBT-xEr3+铋层状结构陶瓷的结构研究

4.3 Er3+掺杂对其显微形貌的影响

4.4 NBT-xEr3+铋层状结构陶瓷的上转换荧光性能

4.5 Er3+掺杂对其电学性能的影响

4.6 本章小结

5 Eu3+掺杂Na0.5Bi4.5Ti4O15铋层状铁电陶瓷的蓝光激发发光及其电学性能

5.1 引言

5.2 NBT-xEu3+铋层状结构陶瓷的结构研究

5.3 NBT-xEu3+铋层状结构陶瓷的光学性能

5.4 NBT-xEu3+铋层状结构陶瓷的电学性能

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要研究成果

6.2 主要创新点

6.3 展望

致谢

参考文献

附录