Eu离子掺杂BT基陶瓷的光学电学特性及其荧光调控研究

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1、硕士学位论文Eu离子掺杂BT基陶瓷的光学电学特性及其荧光调控研究OPTICANDELECTRICPROPERTIESOFEUDOPEDBTBASEDCERAMICSWITHFLUORESCENTMONITERING柴晨凯哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：O469学校代码：10213国际图书分类号：534密级：公开理学硕士学位论文Eu离子掺杂BT基陶瓷的光学电学特性及其荧光调控研究硕士研究生：柴晨凯导师：姜桂铖副教授申请学位：理学硕士学科：物理学所在单位：物理系答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O469U.D.C:534

2、DissertationfortheMasterDegreeinScienceOPTICANDELECTRICPROPERTIESOFEUDOPEDBTBASEDCERAMICSWITHFLUORESCENTMONITERINGCandidate：ChaiChenkaiSupervisor：AssociateProfessorJiangGuichengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：PhysicsAffiliation：DepartmentofPhysicsDateofDefence：June,2018Deg

3、ree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要稀土掺杂的无铅压电铁电体是一类新兴的光机电一体多功能材料，由于稀土离子及铁电材料独特的性质，该类新材料在传感、探测、信息传递等方面有着极大的潜力。BaTiO3(BT)基铁电陶瓷是最有潜力的无铅体系之一，微量的稀土元素掺杂会对BT基陶瓷的结构及各项性能进行调控。以此，调节各项参数，能够获得优秀光电性能的材料。本文研究了烧结温度、稀土掺杂浓度对上述压铁电材料电学性能的影响，研究了温度及电场对材料结构与发光特性的影响，并进一步探索了内部的物理机制。3+本文中采用传统的高

4、温固相法制备了Eu掺杂的Ba0.7Ca0.3TiO3(BCT30)及Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3(BCZT)陶瓷。通过调节烧结温度及掺杂浓度，研究了陶瓷表面形貌、晶体结构及电学性能的变化规律并分析了成因。结果表明，BCT303+陶瓷的最佳烧结温度在1340℃，Eu在A位的代入虽然使BCT30陶瓷的相变3+点降低，但也提高了压电系数d33，BCZT陶瓷的最佳烧结温度在1325℃，Eu的掺杂略微降低了三方四方相变及铁电顺电相变温度。通过P-E曲线与J-E曲3+线得知，低电压区间存在大量电畴翻转现象，这是极化强度的主要来源。Eu掺杂降低极化难度，对极化强度及压电系

5、数有所影响，并驱使相变点偏向低温区。以上述条件得到的陶瓷片为样品，我们着重研究了其发光特性。在57BCT30:5Eu陶瓷电偶极跃迁峰D0-F2绝对强度随温度的变化以及电偶极与磁偶5757极跃迁强度比D0-F2/D0-F1随温度的变化过程中，可以明显发现材料的铁电顺电相变峰，居里温度Tc=70℃。根据对材料介电弥散与温度相变的辅助分析得，该峰来源于晶体局域结构的混乱。该工作在研究领域尚属首次报道。在BCZT:Eu陶瓷的强度比随温度变化曲线中同样能够观察到结构混乱造成的相变峰，Tc57=60℃，但其三方四方相变峰被掩盖，需从D0-F2绝对强度温度变化曲线中获取信息TR-T=-10℃

6、。分析上述两类多功能陶瓷光强随电场的I-E曲线，发现其规律均为先增大后稳定，且增量持续减小至零，最大光强提升14.5%。排除电场诱导相变及离子位移极化造成的对称性降低的影响，电畴翻转是光强增大一个的重要因素。本工作为提高稀土掺杂压电体的各项性能并拓展其应用范围有一定的指导意义。3+关键词：钛酸钡基；Eu掺杂；压铁电性；荧光调控；相变探测-I-AbstractAbstractRare-earth-dopedlead-freepiezoelectricferroelectricsareanewclassofoptical,electricandmechanicalintegrate

7、dmultifunctionalmaterials.Duetotheuniquepropertiesofrareearthionsandferroelectricmaterials,thisnewmaterialshavegreatpotentialinsensing,detection,andinformationtransfer.BaTiO3(BT)-basedferroelectricceramicsareoneofthemostpromisinglead-freesystems.Th