Eu替代位置及浓度对SrTiO陶瓷发光、介电和磁学性质的影响

摘要

随着功能材料和器件的不断发展，研究人员期待在一种材料或器件中可以实现越来越多的功能。一种典型的多功能材料通常是复合材料或者是一些不同物相的混合，这些不同的物相都实现一种独特的但又是必须的功能。除了具有多功能特性外，多功能材料相比于传统的多组分集成系统具有更好的质量或体积效率，因此正在成为为一个新的跨学科研究领域。 最近几年，钙钛矿结构的钛酸钡(BaTiO3)，钛酸锶(SrTiO3，STO)和钛酸钙(CaTiO3)以及它们的固溶体因具有良好的介电及铁电性质而被引起研究人员的广泛关注。研究表明通过合适的掺杂尤其是稀土离子掺杂，可以使这些材料中的铁电和介电性质发生改变。例如D.Duran等人在Pr掺杂的STO中发现了室温铁电性[JAP97(2005)104109]，而不像纯STO显示的顺电性。最近，M.Bassoli等人[JAP103(2008)014104]报道了Yb3+：CaTiO3陶瓷的介电增强，他们发现让Yb3+同时替代Ca2+和Ti4+位时，其介电常数相对于未掺杂CaTiO3可以增加达一个数量级，同时介电损耗保持很小。另一方面，自从1996年起，研究人员在一些具有发光性质的稀土掺杂STO(BaTiO3，CaTiO3)中，发现了非常好的发光性能，使得这类材料成为了非常具有应用前景的荧光剂或磷光剂。因此在稀土掺杂的STO中是有可能实现材料的多功能性。 本文研究了室温下Eu3+掺杂STO陶瓷的微结构以及发光、介电和磁学等性质。通过采用Eu替代Sr位、Eu替代Ti位和Eu共同替代Sr、Ti位，实现了三种不同的电荷补偿机制。我们的研究表明掺杂后样品的发光和介电性质取决于Eu离子的替代位置以及掺杂浓度。通过对比Eu离子替代Sr或者Ti位的样品，我们发现Sr和Ti位同时被Eu离子替代的样品，其发光强度和介电常数都有明显的增强。这主要归因于三种不同的电荷补偿机制以及Eu离子附近的局部对称性。同时研究还发现Eu3+掺杂STO表现出线性的磁化行为，说明掺杂样品具有顺磁特性，并且这种顺磁特性只和Eu掺杂浓度存在着依赖关系，而与Eu离子的替代位置无关。通过我们的研究表明，Eu掺杂的STO因其具有发光、介电以及磁学性能，可以被看做是一种很有潜力的多功能材料。以上结论已在APPLIED PHYSICS LETTERS上发表。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1光致发光原理介绍

1.1.1固体的发光

1.1.2光致发光原理

1.1.3荧光光谱和磷光光谱

1.1.4发光光谱与激发光谱

1.1.5稀土发光简介及应用

1.2电介质基本理论简介

1.3电荷补偿理论简介

1.4材料的磁性

1.5本论文的研究意义和研究内容

参考文献：

第二章Eu3+掺杂SrTiO3陶瓷的制备

2.1陶瓷材料的制备工艺

2.1.1配料

2.1.2混合与粉碎

2.1.3预烧

2.1.4成型

2.1.5烧结

2.1.6上电极

2.2本工作中实验样品的制备

参考文献：

第三章Eu3+掺杂SrTiO3陶瓷的表征

3.1 X射线衍射分析(XRD)

3.2扫描电子显微镜分析(SEM)

3.3 X射线光电子谱测试

3.3光致发光性质的测量

3.4介电性能的测量

3.5磁学性能的测量

参考文献：

第四章Eu3+掺杂位置及浓度对SrTiO3陶瓷发光、介电以及磁学特性的影响

4.1引言

4.2实验方法

4.3陶瓷样品的结构表征

4.4样品中离子价态测试

4.5样品的光致发光性质

4.6样品的介电性质

4.7样品磁化性能

4.8本章总结

参考文献：

第五章总结

攻读硕士期间公开发表的论文

致 谢