Pr3+掺杂PIMNT压电陶瓷的制备及电学和发光性质研究

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1、硕士学位论文Pr3+掺杂PIMNT压电陶瓷的制备及电学和发光性质研究PREPARATION,ELECTRICALAND3+LUMINESCENTPROPERTIESOFPRDOPEDPIMNTPIEZOCERAMIC赵燕哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号:O469学校代码:10213国际图书分类号:538.9密级:公开理学硕士学位论文Pr3+掺杂PIMNT压电陶瓷的制备及电学和发光性质研究硕士研究生:赵燕导师:吕伟明研究员申请学位: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

2、学ClassifiedIndex:O469U.D.C:538.9DissertationfortheMasterDegreeinSciencePREPARATION,ELECTRICALAND3+LUMINESCENTPROPERTIESOFPRDOPEDPIMNTPIEZOCERAMICCandidate:ZhaoYanSupervisor:Prof.LvWeimingAcademicDegreeAppliedfor:MasterofScienceSpeciality:PhysicsAffiliation:Departme

3、ntofPhysicsDateofDefence:June,2018Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology摘要摘要新材料的研发是国家发展战略中极其重要的一个方面。三元系压电陶瓷Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PIMNT)拥有非常好的铁电、压电、介电和机电性能。这致使PIMNT逐渐成为了一种非常重要的压电材料。近年来Pr3+掺杂的多功能性材料，受到人们广泛关注。Pr3+掺杂的一些氧化物被证明具有高效的发

4、光效率。同时，对于特定类型的基底材料，Pr3+的发光强度被发现强烈依赖于掺杂浓度和晶格场等因素，进而在传感器领域有着广阔的应用。对Pr3+掺杂PIMNT电学性质和发光性质的研究，不仅可进一步提升人们对于Pr3+发光机理的理解，并且会对稀土掺杂的多功能材料的开发和应用产生深远的影响。本论文成功制备了Pr3+掺杂的PIMNT(24/42/34)。然后在此基础上，探究了Pr3+的掺杂对PIMNT(24/42/34)电学性质和光致发光性质的影响。主要研究内容为:(1)用两步固相反应法制备出了掺杂不同浓度Pr3+的PIMNT(24/4

5、2/34)，能谱仪结果表明Pr3+已经成功进入了PIMNT(24/42/34)晶格之中，X射线衍射仪和扫描电子显微镜测试结果表明制备的Pr3+掺杂PIMNT(24/42/34)陶瓷良好的结晶性。(2)系统研究了掺杂不同比例Pr3+以后，PIMNT(24/42/34)铁电，介电，压电和机电性能的变化情况。发现Pr3+掺杂后，PIMNT(24/42/34)的铁电，介电，压电和机电性能都随着Pr3+掺杂量的增加而发生了下降，但是在掺杂量达到0.5mol%的时候，其矫顽场E2c为8.38kV/cm，剩余极化强度Pr也能达到20.21

6、µC/cm，压电应变系数d33还能达到440pC/N，机电耦合系数kp也可以达到41%，机械品质因数Qm高达74。这些性能很好满足了Pr3+掺杂PIMNT(24/42/34)在现实器件中的应用。(3)探索了掺杂Pr3+以后，PIMNT(24/42/34)的光致发光性质，研究了激发波长，掺杂浓度、环境温度以及极化等不同因素对于Pr3+掺杂PIMNT(24/42/34)的光致发光性质的影响规律。并利用1D3332-H4和P0-H4荧光强度的比值关系实现了超高灵敏度的温度传感，其温度传感灵敏度高达9987.1/T2。同时对陶瓷施加

7、0-25.0kV/cm的外加电场后，发现极化只影响陶瓷样品的发光强度。随后研究了退火对Pr3+掺杂PIMNT(24/42/34)压电陶瓷光致发光的影响，发现其在氧气氛围中具有很好的稳定性。本论文深入研究了Pr3+掺杂PIMNT(24/42/34)的电学性质和光致发光性质，这对Pr3+掺杂压电陶瓷在多功能器件中的应用奠定了坚实的基础。关键词:镨离子；PIMNT(24/42/34)；电学性质；光致发光性质；温度传感-I-AbstractAbstractTheresearchanddevelopmentofnewmaterials

8、isaveryimportantaspectinthenationaldevelopmentstrategy.ThepiezoelectricceramicPb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PIMNT)hasverygoodferroelec