稀土掺杂钛酸钡基铁电陶瓷上转换发光及压电性能的研究

摘要

锆钛酸钡钙（BCZT）具有优异的压电性能和高的机械品质因数等优势而得到了人们的广泛关注，这种无铅压电材料对环境和人没有危害，且由于其物理化学性质比较稳定，很适合掺杂稀土元素来了解其光学性质方面的问题，例如不同温度的荧光效应以及温度传感特性、不同离子掺杂浓度对荧光和陶瓷材料电学性能的影响，因此锆钛酸钡钙铁电材料的光学性质引起研究者们极大的兴趣。本论文围绕钛酸钡钙基铁电陶瓷材料为研究材料，对各个方面开展了系统的研究。
　　首先采用传统高温固相烧结工艺，同时通过 B位掺杂制备出 Ba0.85Ca0.15Zr0.1-Ti0.9O3:Er3+/Yb3+（简称 BCZT:Er3+/b3+）铁电陶瓷，通过适当的烧结工艺能够制备高压电性能的BCZT:Er3+/Yb3+陶瓷样品，应用扫描电子显微镜观察陶瓷样品晶粒大小，结合 X射线衍射仪确定制备出纯的BCZT:Er3+/Yb3+压电陶瓷。然后，对陶瓷表面进行研磨披银等处理后，再对 BCZT:Er3+/Yb3+陶瓷的介电、压电、铁电性能进行测量；同时对研磨后的样品进行上转换荧光光谱测量。最后选择发光最强的Er3+/Yb3+共掺 BCZT陶瓷样品进行变温荧光测试，通过应用荧光强度比 FIR技术对其温度传感性能进行了研究，得到了 BCZT：0.006Er-0.015Yb陶瓷材料在173-573 K温度范围内的最大灵敏度为0.0068 K-1，所以BCZT:Er3+/Yb3+陶瓷可以作为铁电、压电、温度传感多功能材料。
　　接着开展了对 Ba0.85Sr0.15Zr0.1Ti0.9O3：Ho3+/Yb3+（简称 BSZT:Ho3+/Yb3+）陶瓷的铁电、压电、上转换荧光等性质的研究。其中在陶瓷中的Ho3+离子的5F4和5S2也属于热耦合能级，可以做温度传感性能的研究。实验结果表明，BSZT:Ho3+/Yb3+陶瓷材料在78-373 K低温范围内，当温度为123 K时得到最大灵敏度为0.0206 K-1。BSZT陶瓷拥有稳定的物理化学性能，以及铁电性质，还可以作为低温的多功能传感材料。同时，通过对比 Ho3+/Yb3+共掺和 BSZT陶瓷和纯的BSZT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。

目录

声明

第一章 引 言

1. BaTiO3基无铅压电陶瓷

2. NaNbO3基无铅压电陶瓷

3. Na0.5Bi0.5TiO3基无铅压电陶瓷

4. 钨青铜结构无铅压电陶瓷

第二章 铁电陶瓷BCZT和BSZT的制备方法和表征

2.1铁电陶瓷的制备

2.2铁电陶瓷的表征

2.2.1陶瓷样品的物相分析

2.2.2陶瓷的显微结构分析

2..2.3铁电性的测量

2.2.4压电常数

2.2.5上转换荧光的测量

2.3 Er3+/Yb3+ 掺杂Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3铁电陶瓷的制备与发光性质

2.3.1陶瓷材料的制备工艺

2.3.2实验结果和分

2.3.3本章小结

第三章 Ho3+/Yb3+ 掺杂Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-(Ba0.7Sr0.3)TiO3 铁电陶瓷的制备与发光性质

3.1前言

3.2 Ho3+/Yb3+ 掺杂Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-(Ba0.7Sr0.3)TiO3 铁电陶瓷的制备

3.3实验结果和分析

3.3.1陶瓷粉体的相结构

3.3.2陶瓷的电学性质

3.4本章小结

第四章 实验结论和展望

4.1结论

4.2对今后工作的展望

参考文献

在 学 研 究 成 果

致谢