【摘 要】
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随着功能材料和器件向集成化、小型化和多功能化方向迅猛发展,在单相材料中设计和探索具有多功能耦合效应的新型材料非常具有吸引力。稀土离子掺杂的钙钛矿型铁电材料因其独特的光致发光和本征铁电/压电特性而备受关注,在新型多功能传感器、存储器以及跨学科研究中具有巨大的潜力。钙钛矿结构的钛酸铋钠(Na0.5Bi0.5TiO3,简记为BNT)具有高的自发极化、居里温度、较低的声子振动能和无铅性,被认为是最有潜力替
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随着功能材料和器件向集成化、小型化和多功能化方向迅猛发展,在单相材料中设计和探索具有多功能耦合效应的新型材料非常具有吸引力。稀土离子掺杂的钙钛矿型铁电材料因其独特的光致发光和本征铁电/压电特性而备受关注,在新型多功能传感器、存储器以及跨学科研究中具有巨大的潜力。钙钛矿结构的钛酸铋钠(Na0.5Bi0.5TiO3,简记为BNT)具有高的自发极化、居里温度、较低的声子振动能和无铅性,被认为是最有潜力替代铅基材料的无铅铁电体。然而,室温下BNT具有较高的矫顽场和电导率,且制备过程中Na+和Bi3+易挥发,从而导致压电性能较差。为了解决上述问题主要的策略是通过化学改性（离子置换或固溶体）在BNT中构建相界以提升压电/铁电性能。其中,稀土离子掺杂不仅能增强材料本征的压电和铁电性,还能获得良好的荧光性能。本论文以BNT基陶瓷为研究对象,利用传统固相法,通过在BNT的A位进行不同浓度掺杂的方式,结合X射线衍射（XRD）、紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、荧光光谱（PL）、电滞回线（P-E）、应变-电场回线（S-E）等分析表征手段,系统研究了A位掺杂对BNT:x Dy,（1-x）BNT-x CT和0.9BNT-0.1CT:x Dy陶瓷的相结构、荧光性能、铁电和场致应变性能的影响。主要内容和结果如下:（1）A位Dy3+掺杂的BNT:x Dy（x=0、0.003、0.005、0.01、0.03、0.05）陶瓷的荧光及其电场诱导应变研究。在BNT:0.005Dy陶瓷中具有最佳的剩余极化（55μC/cm~2）。在单相BNT:0.03Dy陶瓷中具有最强的荧光性能和极大的电场诱导应变（0.25%）。（2）A位Ca2+掺杂的（1-x）BNT-x CT（x=0、0.04、0.07、0.08、0.10、0.12、0.14、0.15、0.20）固溶体陶瓷的相结构、介电性能及其电场诱导应变研究。Ca2+掺杂后晶胞参数减小,晶体结构由菱方相转变为正交相,中间存在菱方相和正交相两相共存区（0.08≤x≤0.14）。通过XRD、GSAS精修和拉曼光谱确定了（1-x）BNT-x CT固溶体的两相共存区为固溶体的准同型相界区。在0.86BNT-0.14CT固溶体中具有最佳的介电常数（1100）。Ca2+掺杂后能有效的降低固溶体的退极化温度、居里温度、矫顽场和剩余极化强度。在0.9BNT-0.1CT固溶体中具有最大的电场诱导应变（0.30%）。（3）A位Dy3+掺杂的0.9BNT-0.1CT:x Dy（x=0、0.001、0.003、0.005、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05）固溶体陶瓷的相结构、荧光性能、介电性能及其电场诱导应变研究。Dy3+掺杂后0.9BNT-0.1CT:x Dy固溶体的晶胞参数减小,晶体结构由菱方相和正交相两相共存转变为正交相,通过XRD和GSAS确定了0.9BNT-0.1CT:x Dy（x≤0.01）固溶体的两相区构成了准同型相界。Dy3+掺杂后,0.9BNT-0.1CT:x Dy固溶体的矫顽场和剩余极化逐渐降低。在0.9BNT-0.1CT:0.02Dy固溶体中具有最强的发光强度。在0.9BNT-0.1CT:0.003Dy固溶体中具有极大的电场诱导应变（0.36%）。在0.9BNT-0.1CT:0.001Dy固溶体中具有高的剩余极化和荧光增强性能（24%）,表明在0.9(Na0.5Bi0.5-xDyxTiO3)-0.1Ca TiO3固溶体中剩余极化有助于提升固溶体的发光性能。
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