稀土离子掺杂CaBi8Ti7O27共生铋层状压电陶瓷结构与性能研究

《稀土离子掺杂CaBi8Ti7O27共生铋层状压电陶瓷结构与性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号学校代码10408密级研究生学号1520021004硕士学位论文稀土离子掺杂CaBi8Ti7O27共生铋层状压电陶瓷结构与性能研究StudyonStructuresandPropertiesofRare-earthIonsDopedCaBi8Ti7O27IntergrowthBismuthLayer-structuredPiezoelectricCeramics学位申请人樊刚江向平教授导师姓名及职称陈超副教授专业名称材料科学与工程研究方向功能材料与器件所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018-5景德镇陶瓷大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈

2、交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日硕士学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权景德镇陶瓷大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学

3、位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要铋层状铁电材料具有高居里温度、低介电损耗、低老化率等优点，因而在高温压电传感器、能量转换器、滤波器和铁电存储器等方向具备应用价值。同时该材料也具有声子能量低、禁带宽度大、物理化学稳定性好等特点，是一种良好的稀土发光基质材料。但是该材料的自发极化限制在a-b二维平面内，导致极化困难、压电性能较差，从而影响了铋层状压电陶瓷的实际应用。相较于B位离子掺杂，A位离子掺杂能够更加有效的提高电性能，因为A位掺杂更容易改变铋层状陶瓷的

4、结构和极化过程。众所周知，稀土离子被广泛使用不仅仅因为它可以提高压电、铁电材料性能，还因其具有独特的电子构型，也常被用作激活剂来制备高效的发光材料。因此，本论文以CaBi3+3+3+8Ti7O27共生陶瓷为基体，研究Ce、Eu和Pr离子掺杂对CaBi8Ti7O27陶瓷材料内部结构、各项电学性能和光致发光特性的影响。研究内容主要分为以下三个部分：首先，利用固相法制备了Ce3+离子掺杂的CaBi3+8Ti7O27(CBT-BIT-xCe,x=0.00,0.02,0.04,0.06,0.08和0.10)共生陶瓷。利用XRD，HR-TEM，Raman，介电谱，阻抗谱等

5、分析测试手段对其结构和电性能进行表征。Ce元素在陶瓷材料中主要是以Ce3+离子的形式占据着类钙钛矿层的A位，也存在少量的Ce4+离子进入B位。Ce3+离子掺杂导致陶瓷晶格畸变增加从而提升了陶瓷的居里温度。在高温区域陶瓷晶粒内部的氧空位对电传导起主要作用，Ce3+离子掺杂使得陶瓷电导活化能增加是因为氧空位浓度减少，进而导致介电损耗的减小和压电性能的提升。当掺杂量到达x=0.06时，陶瓷获得最佳电性能，居里温度为746℃，压电常数为22pC/N。其次，制备了Eu3+离子掺杂的CaBi3+8Ti7O27(CBT-BIT-xEu,x=0.00,0.05,0.10,0.

6、15和0.20)共生陶瓷，研究了Eu3+离子掺杂量对CBT-BIT陶瓷材料结构、电学性能及发光性能的影响。Eu3+离子没有进入铋氧层而是占据类钙钛矿层的A位，Eu3+离子掺杂量的增加没有改变陶瓷样品典型的片状结构。结果表明适量的Eu3+离子掺杂使得陶瓷材料居里温度升高，压电性能提高，介电损耗减小。在465nm波长激光的激发下，所有掺杂样品在596nm和617nm处可观察到强而尖锐的橙光和红光发射峰。CBT-BIT-0.10Eu3+陶瓷具有最佳的发光性能和最好的电性能：Tc=758℃，d33=12pC/N，tanδ<1%。最后，采用Pr3+离子掺杂CaBi3+8

7、Ti7O27(CBT-BIT-xPr,x=0.00,0.005,0.010,0.015和0.020)共生陶瓷，研究了Pr3+离子掺杂量的改变对CBT-BIT陶瓷结构、电学及发光性能的影响。结果表明一定量的Pr3+离子掺杂没有I明显改变居里温度，但使得介电损耗减少、压电常数从7pC/N逐渐提升至11pC/N。Pr3+离子掺杂陶瓷样品在波长为450nm光源的激发下，从样品的发射光谱中可以观测到一个位于611nm处的强红光发射峰，一个位于653nm处的弱红光发射峰。随着Pr3+离子掺杂量的增加，陶瓷样品的荧光强度逐渐增加。由样品的CIE色度图可知，CBT-BIT-0

8、.020Pr3+陶瓷处于橙红显色区域并