[发明专利]一种稀土掺杂的钛酸铋钠基陶瓷及制备方法和同时调节压电性能和发光性能的电场调节方法

说明书

本发明涉及一种稀土掺杂的钛酸铋钠基陶瓷及制备方法和同时调节压电性能和发光性能的电场调节方法，所述钛酸铋钠基陶瓷的化学通式为(1‑x‑y‑z)Bi_0.5Na_0.5TiO₃‑x(BaTiO₃/Bi_0.5K_0.5TiO₃)‑y(SrTiO₃/Na_0.5K_0.5NbO₃)‑zM，其中，M为Sm、Pr、Er、Nd、Ho、Tb、Dy或Eu；x＝0～30%，y=0～30%，z=0.1～2%。该钛酸铋钠基陶瓷通过极化电场同时调节压电性能和发光性能，可获得最高压电系数并耦合发光猝灭，在微机电、光电集成、传感器等领域具有广泛的应用前景，为研究钙钛矿材料中力‑电‑热性能耦合作用提供实验基础。

技术领域

本发明属于无铅压电材料和光电材料交叉领域，具体涉及一种稀土掺杂的钛酸铋钠基陶瓷及制备方法和同时调节压电性能和发光性能的电场调节方法。

背景技术

压电铁电材料在信息的检测、转换、处理、显示和存储等方面具有广泛的应用，是重要的高技术功能材料。研究发现，钛酸铋钠基陶瓷在准同型相界附近获得了极大的压电性能d₃₃或电致应变性能。该压电性能的获得一般是由于多相晶体结构共存或者极性纳米微区的作用。

发光材料是一种在红外激光激发下能够发射出可见光的材料，在防伪、红外探测、三位立体显示、短波长全固态激光器、生物标记等领域均有广泛的应用。由于特殊的电子层结构，稀土元素具有一般元素望尘莫及的光谱性质，稀土发光几乎覆盖了整个固体发光的的范畴。所以在各种稀土材料的发展中，稀土发光材料尤其引人注目。稀土发光材料是指以稀土作为发光中心或者敏化剂的发光材料。稀土发光材料具有许多特点：发光谱线窄，色纯度高，色彩鲜艳；光吸收能力强，转化效率高；发射波长分布区域宽；荧光寿命从纳秒可以跨越到毫秒；物理和化学性质稳定，耐高温，可承受大功率电子束、高能辐射和强紫外光等的作用。随着科学技术的不断进步，各种电子器件在不断趋于功能化、小型化和智能化。近几十年，人们不仅在多功能材料中集成和改善原有的性能，还可以开发、设计所需的新颖性能，多功能材料得到了科学界的极大关注。多功能材料的研究工作不仅仅希望能够改变基体材料的性能，还期望能够拓展新的功能以及各功能之间的耦合。目前，已经研发出各种各样的多功能材料体系。在这些材料系统中，铁电发光多功能材料是通过稀土掺杂在保持或增强铁电性的基础上使铁电体具备发光性能。目前，铁电发光多功能氧化物由于具有光电子器件应用的前景，受到了广泛的关注。

因此，作为一类具有高压电性能和高发光性能的无铅材料，如何通过极化电场调节发光性能，是极具研究意义和应用价值的方法。据所查到的相关专利和文献中，未见稀土氧化物掺杂的钛酸铋钠基陶瓷的极化条件光致发光性能作用的相关研究。本发明是一种具有简单高效研究压电性能和发光性能耦合作用的新方法，工艺简单，性能稳定，在微机电、光电集成、光电传感器等领域具有广泛的应用前景。

发明内容