[发明专利]一种Er3+、Yb3+共掺LiBiO3改性的KNN基上转换透明陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电材料技术领域，具体涉及一种Er³⁺、Yb³⁺共掺的KNN(K_0.5Na_0.5NbO₃)基透明上转换陶瓷材料的制备方法。

背景技术

铌酸钾钠(KNN)陶瓷具有很好的铁电、压电和热释电性能，而且容易制备。然而，由于晶粒界面、气孔等对光的散射，该陶瓷一般不透明，无法用于光学领域。近几年，M.Kosec,V.Bobnar^[1]等报道了KNN–SrTiO₃固溶体可以烧结为透明陶瓷，并且具有引起人们注意的光电特性。研究表明高致密性和均一分布的细晶粒是影响陶瓷透明性的重要因素。李坤，施东良等在铌酸钾钠(KNN)陶瓷中掺杂锂和铋的氧化物作为晶粒生长抑制剂，用常压烧结工艺制备了铌酸钾钠透明陶瓷(K_0.48-0.5xNa_0.52-0.5xLi_xNb_1-xBi_xO₃，x=0.04～0.15)材料^[2]。

一些非传统的烧结方法比如热压烧结(HP)、热等静压烧结(HIP)、微波烧结和等离子烧结可以成功的运用于KNN基陶瓷的制备。和传统方法比较这些烧结方法可以提高陶瓷制品的致密度以及电学性能。这些方法还可以减少烧结过程中元素的挥发比如钾和钠，因为烧结温度更低。Li K,Li FL等通过Bi⁵⁺或Li⁺、Bi⁵⁺改性以及热压烧结等方法制备出了新的无铅光电陶瓷K_0.45Na_0.52Nb_0.925Bi_0.075O₃和(K_0.5Na_0.5)_0.95Li_0.05Nb_0.95Bi_0.05O₃^[3-4]。这两种陶瓷都具有高度致密的结构，并且晶粒很细，可通过可见光。

上转换材料可分为单掺和双掺两种。单掺材料利用稀土离子f-f禁戒跃迁，效率不高。双掺稀土离子则是以高浓度掺入一个敏化离子，其激发态高于激活离子激发亚稳态，因此可将吸收的红外光子能量传递给这些激活离子，发生双光子或多光子加和，从而实现上转换过程。K.W.Kwok,Faliang Li^[5]等利用溶胶凝胶法首次将稀土元素Er³⁺掺杂到透明KNN基陶瓷，得到一种具有良好上转换效应的光电材料。

[1]M．Kosec,V．Bobnar，M．Hrovat，J．Bernard，B．Malic，J．Holc,J．Mater.Res，2004，19：1849–1854．

[2]李坤，施东良，李发亮等．常压烧结制备透明铌酸钾钠陶瓷[J]．功能材料，2010，3(43)：290-293．

[3]Li K,Li FL,Wang Y,Kwok KW,Chan HLW.Hot-pressed K_0.48Na_0.52Nb_1－xBixO₃(x=0.05–0.15)lead-free ceramics for electro-optic applications.Mater Chem Phys，2011，131：320–4．

[4]Kwok KW,Li FL,Lin D.A novel lead-free transparent ceramic with high electro-optic coefficient．Funct Mater Lett，2011，4：237–40．

[5]Xiao Wu,K.W.Kwok,Faliang Li．Upconversion fluorescence studies of sol–gel-derived Er-doped KNN ceramics．Journal of Alloys and Compounds，2013，580：88-92．

发明内容