[发明专利]一种上转换发光透明铁电陶瓷材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种上转换发光透明铁电陶瓷材料及其制备方法和应用，属于陶瓷材料领域。本发明提供的陶瓷材料结构式为：(1‑x)K_0.5Na_0.5NbO₃‑xSr(Yb_0.5Ta_0.5)O₃‑yM，M为Er或Ho，x＝0.01～0.06，y＝0.001～0.01。本发明提供的陶瓷材料以K_0.5Na_0.5NbO₃(KNN)铁电陶瓷为基体，固溶第二组元Sr(Yb_0.5Ta_0.5)O₃后，使陶瓷材料具有透明性能；在此基础上，通过掺杂稀土Er或Ho，使陶瓷材料同时具有较好的透光性能和上转换光致发光性能以及铁电性能，是一种多功能陶瓷材料。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种上转换发光透明铁电陶瓷材料及其制备方法和应用。

背景技术

荧光透明铁电陶瓷是电子信息、光电技术、先进装备和国防领域不可缺少的关键材料，然而同时具有良好发光、透光和铁电等多功能特性的无铅荧光透明铁电陶瓷还缺乏系统研究。目前得到广泛研究并取得实际应用的主要是以锆钛酸铅(PZT)为基体的铅基材料，虽然这些铅基的透明铁电陶瓷拥有较好的电学和光学性能，但是铅基材料在生产制备过程中铅的挥发会对环境造成污染，损害人体健康。因此，急需研究无铅透明铁电陶瓷，但目前无铅材料的电、光性能尚不能达到取代含铅材料的水平。

发明内容

本发明提供了一种上转换发光透明铁电陶瓷材料，本发明提供的陶瓷材料具有透明、铁电和上转换发光性能，且本发明提供的上转换发光透明铁电陶瓷材料不含铅。

本发明提供了一种上转换发光透明铁电陶瓷材料，所述上转换发光透明铁电陶瓷材料的结构式为：(1-x)K_0.5Na_0.5NbO₃-xSr(Yb_0.5Ta_0.5)O₃-yM，M为Er或Ho，x＝0.01～0.06，y＝0.001～0.01。

优选的，所述上转换发光透明铁电陶瓷材料的结构式为：(1-x)K_0.5Na_0.5NbO₃-xSr(Yb_0.5Ta_0.5)O₃-yM，M为Er或Ho，x＝0.01～0.03，y＝0.002～0.006。

本发明还提供了上述技术方案所述上转换发光透明铁电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照所述上转换发光透明铁电陶瓷的化学计量比，将原料碳酸钾、碳酸钠、五氧化二铌、碳酸锶、氧化镱、氧化钽和M₂O₃混合后依次进行一级球磨处理和一级预烧处理后冷却，得到一级陶瓷粉体；所述M₂O₃为Er₂O₃或Ho₂O₃；

(2)将所述步骤(1)得到的一级陶瓷粉体依次进行二级球磨处理和二级预烧处理后冷却，得到二级陶瓷粉体；

(3)将所述步骤(2)得到的二级陶瓷粉体依次进行造粒、压制和烧结处理，得到上转换发光透明铁电陶瓷材料。

优选的，所述一级球磨处理所得混合粉体的粒度≤0.15mm。

优选的，所述二级球磨处理所得混合粉体的粒度为0.03～0.07mm。

优选的，所述一级预烧处理和二级预烧处理的温度独立地为840～920℃，时间独立地为2～10h；

升温至所述一级预烧处理温度和升温至二级预烧处理温度的升温速率独立地为3～5℃/min。