Li+/Er3+共掺杂BaTiO3陶瓷相变的荧光检测方法研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rockykimi81
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钛酸钡(BaTiO3)陶瓷具有典型的钙钛矿结构,由于其优异的铁电、介电及压电性能,被广泛应用于换能器、多层陶瓷电容器、PTC热敏电阻、铁电随机存储器等设备中。BaTiO3作为一种典型的一级相变材料,结构简单,具有多个相变点,适合作为探究相变与荧光间关系的基质材料。Er3+作为一种被广泛研究的稀土离子,其在发光材料中的应用更是有其独特的价值,研究发现Li+能有效提高Er3+离子发光效率。因此本文通过Li+/Er3+共掺杂BaTiO3(BLET)陶瓷,系统的研究了荧光对铁电陶瓷低温区的三方-正交和正交-四方(铁电-铁电)相变以及高温区的四方-立方(铁电-顺电)相变的响应,并且探讨了荧光与结构变化的关系。本文采用传统的固相烧结法合成了Li+/Er3+共掺杂BaTiO3陶瓷,探究了掺杂浓度和烧结温度对样品的光学性能的影响,确定了最佳掺杂浓度及烧结温度,选取0.5%的同比例Li+/Er3+共掺杂钛酸钡陶瓷(0.5%Li+/Er3+:BaTiO3)样品。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征了样品的结构和形貌。采用阿基米德法进行密度测量并进行致密度计算。利用铁电测量仪、阻抗分析仪、准静态d33测试仪分别获得陶瓷样品的铁电、介电及压电性能,与纯BaTiO3陶瓷对比,掺杂后介电、压电性能有所提高,而铁电性能略有降低。通过变温荧光光谱研究了BLET陶瓷在-170180℃温度范围内的发光性质,上转换荧光光谱中主要对2H11/24S3/2能级跃迁的发光进行研究,发现两发光中心荧光强度在三个相变点处由于材料晶格对称性的变化都发生突变现象,并与介电温谱相对应,能够很好的进行相变的测量;通过下转化红外光谱测量对4I13/2能级跃迁发光进行研究,该能级荧光强度在低温区表现出类似于介电温谱的变化趋势,在介电峰的起始位置出现峰值,而在高温区与上转换荧光强度变化存在一致的突变现象,同时很好的对应于介电温谱。实验表明可利用荧光强度变化,实现一种非接触且方便快捷能够实现微区测量的相变测量方法。通过变温XRD实验测量,对BLET结构随温度变化进行了表征。对XRD图进行分峰拟合处理,得到四方相占总相的比值,同时对红外荧光强度变化进行了四方相占比的分析,将两实验结果进行对比,在相同的温区内得到一致的变化趋势,证实了光谱直接受到相结构变化影响。从而提出一种利用光谱测量实现相结构变化表征的测试方法,该方法可大大减少测试成本和时间。
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