Yb3+、Ho3+掺杂PMN-0.33PT功能陶瓷荧光及电学性能的研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:whynot2009
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Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PMN-xPT)陶瓷具有良好的铁电压电特性,近年来成为了研究的热点。与传统的铁电压电材料相比,PMN-PT陶瓷及单晶等材料在准同型相界处,展现出了巨压电特性。利用其良好的铁电压电特性,PMN-PT常被作为超声换能器,传感器制作用的功能材料。稀土离子作为宝贵的发光宝库,常被用作发光激活剂或敏化剂掺杂进入主体材料,实现光功能化。利用稀土掺杂PMN-PT材料可以实现光机电一体化集成。因此,利用稀土掺杂PMN-PT陶瓷材料的研究也成为了功能材料研究的热点。  本论文的研究主要包括利用固相烧结的方法合成Yb3+、Ho3+掺杂的PMN-PT陶瓷,PT组分选择在33%的准同型相界处。通过控制烧结工艺,可重复性地制备致密的具有良好的铁电压电特性的Yb3+、Ho3+掺杂的PMN-PT多功能陶瓷样品。研究了稀土掺杂浓度对压电陶瓷样品的物相以及微观形貌的影响,并对其进行了合理的解释。  其次,本论文对所制备的陶瓷样品上转换荧光性能进行了研究。获得了最佳发光强度对应的稀土掺杂浓度。我们对Yb3+、Ho3+掺杂的PMN-PT陶瓷上转换荧光的功率依赖特性进行了详细地研究,从而提出了 Yb3+、Ho3+掺杂的PMN-PT陶瓷上转换荧光的可能的发光机制。通过稀土能级图直观的分析了在样品发光过程中的上转换过程。通过荧光光谱随温度的变化,对陶瓷上转换荧光随温度的依赖进行了系统的研究。对上转换荧光强度随温度的变化进行了拟合分析,计算了荧光强度随温度变化的灵敏度,并且通过红绿荧光的荧光强度比随温度变化的分析,对上转换过程随温度的响应过程进行了合理的解释。  除此之外,论文还对Yb3+、Ho3+掺杂的PMN-PT陶瓷的电学性能以及原位电学极化对上转换荧光的影响进行了研究。论文通过变温的电致回线,对自发极化随温度的变化进行了定量的研究,通过剩余极化对温度的微分,得到了稀土掺杂PMN-PT陶瓷的热释电参数。通过对热释电性能的研究,分析了热释电随掺杂浓度的变化以及相变特征。通过介电常数随温度的变化以及随频率的变化的分析,对所制备样品的驰豫铁电特征进行了深入的研究。通过不同电压作用下的铁电畴结构演化和不同温度下的电畴结构演化的研究对陶瓷铁电工程畴和温度等环境因素对铁电性能的影响有了进一步有深度的理解。通过对极化以及热退极化的样品上转换荧光性能的研究,得到了铁电自发极化操纵上转换荧光的结果。这为光机电一体化提供了可能的途径。  本论文的研究成果能够从实验上实现铁电材料光功能化,促进铁电压电材料与荧光材料的交叉研究,从而促进PMN-PT陶瓷光电功能化发展。与此同时,上转换荧光的性能温度依赖的研究以及热释电性能方面的研究分别为非接触光学温度传感器和红外探测器的材料研究提供了参考。对于电畴方面的研究,一定程度上促进了对铁电陶瓷铁电压电性能微观层面的理解,有利于增进对铁电压电材料电学特性起源方面的研究。
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