[发明专利]一种透明下转换光致发光陶瓷材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种透明下转换光致发光陶瓷材料及其制备方法和应用，属于陶瓷材料技术领域。本发明提供的透明下转换光致发光陶瓷材料，化学式为0.94K_0.5Na_0.5NbO₃‑0.06Sr(Bi_0.5Nb_0.5)O₃,x％Ce，x＝0.1～0.4。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(Bi_0.5Nb_0.5)O₃后，使陶瓷材料具有透光性能；在此基础上掺杂稀土Ce，使陶瓷材料同时具有良好的透光性和下转换发光性能。本发明通过控制上述陶瓷材料中各种成分的含量，使所述陶瓷材料具有出色的透明和发光性能，是一种多功能光电陶瓷材料。

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，具体涉及一种透明下转换光致发光陶瓷材料及其制备方法和应用。

背景技术

钙钛矿型氧化物因具有优异的物理性能(如压电性、铁电性以及电磁性)而引起了人们的强烈兴趣，且其相结构和晶体结构可以调控，使得离子掺杂成为对其性能进行优化和实现新功能的一种有效方法。具有ABO₃型钙钛矿结构的透明铁电陶瓷，除具有透明陶瓷固有的优势外，还具有铁电、压电以及光电特性，然而传统的ABO₃型钙钛矿结构的透明铁电陶瓷(如PZT)含铅，会对环境和人体造成伤害。

近年来，人们研发了不含铅的透明铁电陶瓷，如碱金属铌酸盐陶瓷，具有压电常数小、压电性高、频率常数大以及密度小的特点，是一种取代铅基陶瓷重要的备选材料。Hu等人成功在(K_0.5Na_0.5)O₃中固溶第二组元Sr(Yb_0.5Nb_0.5)O₃，制备的透明陶瓷在1100nm波段最高透光率约有45％，在可见光波段透光率约有25％[Hu,G.B.et al.Regulating theStructural,Transmittance,Ferroelectric,and Energy Storage Properties ofK_0.5Na_0.5NbO₃Ceramics Using Sr(Yb_0.5Nb_0.5)O_-3.J Electron Mater 50,968-977,(2021)]；Du等人将具有四方相结构的Sr(Sc_0.5Nb_0.5)O₃引入KNN陶瓷中，从而将可见光范围内的光学透过率提高到60％[Qu,B.,Du,H.Yang,Z.Lead-free relaxor ferroelectric ceramicswith high optical transparency and energy storage ability.J Mater Chem C 4,1795-1803,(2016)]；Zhang等人将Sr(Mg_1/3Nb_2/3)O₃添加到KNN陶瓷中，从而使陶瓷在近红外区域的透射率达到60％[Chai,Q.,Yang,D.,Zhao,X.,Chao,X.Yang,Z.Lead-free(K,Na)NbO₃-based ceramics with high optical transparency and large energy storageability.Journal of the American Ceramic Society 101,2321-2329,(2018)]。然而现有的碱金属铌酸盐陶瓷的性能较为单一，不能同时兼顾具有优秀的透光和发光性能。Hong等人在0.965K_0.4Na_0.58Li_0.02Nb_0.96Sb_0.04O₃–0.035Bi_0.5K_0.5ZrO₃陶瓷中，掺杂稀土元素Er成功制备了具有上转化发光性能的铁电荧光陶瓷，然而并不具备透光性能[Hong,Q.-X.etal.Improved upconversion photolu minescence properties of 0.965K_0.4Na_0.58Li_0.02Nb_0.96Sb_0.04O₃–0.035Bi_0.5K_0.5ZrO₃:0.25％Er/xIn lead-free piezoelectric ceramicswith balanced piezoelectric coefficient and Curie temperature.Journal ofMaterials Science:Materials in Electronics 29,20923-20930,(2018).]。