压电荧光多功能陶瓷的制备及性能研究.pdf

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1、论文题目：压电／荧光多功能陶瓷的制备及性能研究学科专业：理论物理学位申请人：姚其容导师：石旺舟教授王飞飞副教授摘要发展具有多功能的单相材料近年来吸引了广泛的研究兴趣。压电效应与光流明效应是两类目前广为研究的功能效应，在传感器、换能器、光波导以及显示等领域具有着重要的应用。目前对于压电与荧光效应耦合的研究很少，为了拓宽单相压电材料及光流明材料的应用范围，进一步发展新型的多功能光电材料，本论文在二元准同型相界组分的(1-x)(Bio5Nao．s)TiOs-xBaTi03无铅压电陶瓷的基础上，引入稀土离子，制备了

2、具有压电／光流明复合效应的多功能材料体系，研究了组分、温度、电场与相结构、介电、铁电和压电以及发光性质间的关系，主要研究结果如下：1、通过引入不同的稀土离子(Pr，Eu，Gd，Dy)，在O．935(Bio5Nao5)Ti03．0．065BaTi03(BNT-6．5BD无铅压电陶瓷中引入了光致发光效应，实现了压电和光流明效应在单相材料中的共存。Pr3+离子掺杂的BNT-6．5BT陶瓷具有强的红光，波长为610llm；Eu3+离子掺杂的BNT-6．5BT陶瓷的发光波长分别为572nm和615nm。另外，掺杂0．

3、5％mol的各类稀土离子都有助于纯的BNT-6．5BT陶瓷的各项电学性质的提高。对比纯的BNT-6．5BT陶瓷，其中BNT-6．5BT：Dy陶瓷的剩余极化强度提高至41．8¨C／cm2，矫顽场约为2．2kV／mm；BNT-6．5BT：Pr陶瓷的压电常数如3增大为～180pC／N，机电耦合系数岛和kp分别达到0．50和0．30。2、在不同浓度Pr3+离子掺杂的0．93(Bio5Nao5)T103—0．07BaTi03(BNT-7BT)无铅压电陶瓷体系中，掺杂浓度为0．8％mol时，陶瓷在室温中相对较低的电场强

4、度下f4．6～5．5kV／mm)，获得了大的场致应变为0．35％～0．40％，相应的等效压电系数(品积压m。x)高达724～750pm／V，这是目前已报道的BNT基无铅材料的最高水平，高电致应变源自于在外电场作用下从赝立方短程结构向长程铁电相的转变。另外，极化前的BNT-7BT：0．005Pr陶瓷发射的红光强度最强，经不同电场极化后，BNT-7BT：0．003Pr陶瓷具有最明显的荧光调制效果，3kV／mm的电场下，荧光强度增大40％左右，结果表明极化电场能够有效调控发光强度，铁电极化为光流明效应的调控提供了

5、新的途径。关键词：无铅压电陶瓷，光致发光，场致应变，荧光调制论文类型：应用基础土瀣娅董太堂亟主堂焦途塞丛墨主!丝主ThesisTitle：InvestigationsonFabricationandPropertiesofMultifunctionalCeramicswithPiezoelectricityandPhotoluminescenceMajor：TheoreticalPhysicsDegreeapplicant：QirongYaoAdviser：Prof．WangzhouShiViceprof．

6、FeifeiWangAbstractIIlllIlllllIlllllUIY2526423Inrecentyears，muchaRentionhasbeenpaidtodevelopthemultifunctionalsingle-phasematerials．Twofunctionaleffectsofpiezoelectricityandthephotoluminescencehaveimportantapplicationsinsensors，transducers，opticalwaveguides

7、anddisplaydevices．However,couplingeffectsbetweenthesetwoeffectshavebeenseldomstudieduntilnow．Inpresentwork，basesonthelead-freepiezoelectricceramics(1-x)(Bio．5Nao．5)Ti03-xBaTi03withthecompositionaroundthemorphotropicphaseboundary(MPB)，weintroducedrareearthi

8、onsandstudiedtherelationsamongthecompositions，temperature，electricfieldandthephasestructure，dielectric，ferroelectric，piezoelectricandopticalproperties．ThemainresultsinthisdissertationareasfoIlows：1．Throughdop