[发明专利]一种高光学温度传感特性的钬掺杂铌酸钾钠-钛酸锶透明陶瓷的制备方法

说明书

本发明公开了一种高光学温度传感特性的钬掺杂铌酸钾钠‑钛酸锶透明陶瓷的制备方法，首先制备Ho掺杂(K_0.5Na_0.5)NbO₃‑SrTiO₃粉料，通过干压压片成型，在1200～1230℃下烧结成型，得到最大透光率可达58%（近红外波段）的钬掺杂铌酸钾钠‑钛酸锶透明陶瓷，且具有优异的上转换发光特性，其光学温度传感较高（在450K时：～0.0082/K）。本发明工艺步骤简单，重复性好，易于操作，主要应用于环保型的智能手机和触摸屏等新电子产品以及光学温度传感器等光学器件。

技术领域

本发明涉及无铅基压电材料领域，具体涉及一种高光学温度传感特性的钬掺杂铌酸钾钠-钛酸锶透明陶瓷的制备方法。

背景技术

为满足功能光电器件的集成和精密化要求，同时兼具电学和光学特性的多功能材料引起了人们的广泛关注。其中，透明电子设备被认为是下一代电子产品（例如智能手机、电子阅读器和触摸屏）的候选材料。介电透明陶瓷具有良好的力学和热稳定性、高介电击穿强度(DBS)和良好的光学透明性，被认为是高功率精密电子材料的潜在候选者。

铅基透明陶瓷锆钛酸铅镧(PLZT)在电光领域有着广泛的应用，但铅基材料(含铅量大于60 wt%)对环境和人体健康有害。因此，开发无铅材料作为铅基材料的替代品是一种迫切需求。铌酸钾钠(KNN)基陶瓷又是一种具有良好介电、压电和铁电陶瓷性能的无铅铁电陶瓷，是最有望成为替代铅基透明陶瓷的一种材料。且通过掺杂稀土离子(RE³⁺)后，KNN基陶瓷具有优异的发光性能和多功能光电特性。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提出一种高光学温度传感特性的钬掺杂铌酸钾钠-钛酸锶透明陶瓷的制备方法，该方法可提供一种通过稀土离子掺杂，具有铁电/压电/介电、光学和优异传感性能等特性为一体，且环保无污染的无铅钬掺杂铌酸钾钠-钛酸锶透明陶瓷。

本发明提出一种高光学温度传感特性的钬掺杂铌酸钾钠-钛酸锶透明陶瓷的制备方法，其包括以下步骤：

（1）配料：将Ho₂O₃ 、Na₂CO₃ 、K₂CO₃ 、Nb₂O₅ 、SrCO₃ 和TiO₂进行混合，得到混合料；

（2）球磨：在混合料中加入球磨介质并装入球磨罐中进行球磨8～12 h，球磨结束后，将混合料烘干，然后再将混合料放入研钵内进行研磨；

（3）预烧：将研磨后的混合料加入到坩埚内，经压实后，置于马弗炉中，升温至800～850℃并保温2～4 h进行预烧，然后再自然冷却至室温后将坩埚取出；

（4）二次球磨：往经过预烧的混合料中加入球磨介质后，再将其装入球磨罐中，进行球磨8～12 h，球磨结束后，将混合料烘干，然后再经筛网过筛后，得到粉体；

（5）造粒：往粉体加入5～15 wt%的聚乙烯醇溶液混合均匀，然后再置于烘箱中干燥，再经筛网过筛，得到软材；

（6）压片：将软材加入模具中，在200～300 MPa的压力下压成厚度0.8～1.5 mm的生坯；

（7）排胶：将生坯置于托盘中并加盖，然后放入马弗炉中，在650～850℃的温度下保温120～240 min进行排胶，然后再将其随炉自然冷却至室温；

（8）烧结：将经过步骤（7）处理的生坯置于马弗炉中，于1200～1230℃下烧结2～4 h，然后自然冷却至室温，即得到钬掺杂铌酸钾钠-钛酸锶透明陶瓷。