[发明专利]一种基于上转换发光表征钛酸锶钡陶瓷居里温度的方法

说明书

技术领域

本发明属于稀土掺杂钛酸锶钡(BST)陶瓷的制备领域，具体涉及基于上转换发光表征钛酸锶钡陶瓷居里温度的方法。

背景技术

目前上转换发光材料的应用，主要在三维立体显示，反斯托克斯荧光制冷，红外探测器，电子俘获材料，红外防伪，荧光标记，温度传感器和上转换激光器等方面，而上转换发光性能受许多因素影响，主要包括稀土元素种类及浓度、激发光源强度、基质材料性质以及外界温度等。基质材料虽自身不会受激发而发光，却可为激活离子提供合适的晶体场，使其更好的进行上转换发光。并且基质材料对阈值功率以及输出水平会有较大的影响，这就要求基质材料有较低的声子能量以及较好的稳定性。另外上转换性能受到外界温度变化的影响较大，当温度改变时，其发光强度会有较为明显的变化，要求对温度的敏感度要高。人们对于基体材料研究较多的是氟化物、卤化物、氧化物以及氟氧化物等。

BST(钛酸锶钡)陶瓷作为钙钛矿相的铁电体，具有较佳的介电性能、剩余极化，自身又有自发极化以及铁电相变现象。同时由于温度变化会导致BST陶瓷晶体结构对称性的变化，所以BST陶瓷对温度变化敏感度高，而且BST陶瓷自身作为稀土元素掺杂基体材料的声子能量低稳定性好，故可以选择BST陶瓷铁电体作为上转换的基质材料。铁电相变现象，即随着温度的升高，在某一温度点时铁电体的晶相由铁电相转变为顺电相，体系的自发极化消失，此时铁电体晶胞由四方相转变为立方相对称性升高，而对应于铁电相变点的温度即是铁电体的居里温度(Tc)。目前人们表征居里温度点的位置，是借助于铁电材料的介电-温度特性中的介电反常现象完成的。这种表征铁电体的介电反常现象即介电常数随温度变化而变化，并在Tc处取得最大值，而当温度高于Tc时，在一定的范围内介电常数与温度之间满足居里-外斯(Curie-Weiss)定律。利用铁电材料在居里温度这一点取得介电常数最大值的特性，在一定频率下测试出铁电材料的介电温谱，从而由介电温谱得出居里温度。文献中报道的Ba_0.8Sr_0.2TiO₃陶瓷的相变点温度是65℃左右。而这种表征方法对测试样品外形有着严格要求，需要保证样品两个表面平行，厚度均匀，体积小，且需要经过上电极处理才可以测试，这会在一定程度上对样品形成损害。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统介电温谱表征钛酸锶钡陶瓷居里温度的方法对钛酸锶钡陶瓷样品外形要求严格以及上电极处理对样品形成损害的问题，而提供一种基于上转换发光表征钛酸锶钡陶瓷居里温度的方法。

本发明基于上转换发光表征钛酸锶钡陶瓷居里温度的方法按以下步骤实现：

一、按照化学式Ba_0.8Sr_0.2TiO₃将BaCO₃、SrCO₃和TiO₂粉末混合均匀，得到BST粉体，取稀土无机盐溶于无水乙醇中，得到稀土无机盐溶液，然后将BST粉体和稀土无机盐溶液加入到球磨罐中进行球磨，球磨后的混料经干燥处理后在1100～1300℃的温度下保温4～6h，得到稀土掺杂BST粉体；

二、将步骤一得到的稀土掺杂BST粉体研磨，过筛后加入粘结剂进行两次造粒，然后置于模具中，在室温、10MPa的压力下将造粒后的粉料干压成陶瓷圆片，陶瓷圆片置于马弗炉中，从室温以1℃/min升温到280～320℃，保温0.5h，然后再以1℃/min升温到620～680℃，保温1h后随炉冷却，然后在1400～1500℃的温度下烧结处理，得到BST陶瓷；

三、测试不同温度下BST陶瓷的上转换发光的光谱，测试的光源为980nm激发光源，控制测试波长的范围为400～750nm，获取不同温度下BST陶瓷发光波长处的发光强度，做出发光波长处的发光强度随温度的变化曲线，曲线上变化率最大的点所对应的温度即为居里温度点，从而完成钛酸锶钡陶瓷居里温度的表征。

本发明采用湿法球磨将稀土无机盐溶于无水乙醇，保证稀土元素可以均匀进入BST陶瓷，同时利用钙钛矿相结构的铁电陶瓷稳定性好，声子能量低的特点，以其作为上转换发光基体材料。