稀土掺杂Bi3TiNbO9:Tb3+/Yb3+陶瓷性质研究

论文摘要

近年来,铋系层状铁电体（BLSFs）由于其相对较高的居里点和出色的抗疲劳特性,可能潜在应用于高温压电器件及铁电随机存储器而引起人们越来越多得研究兴趣。Bi3TiNbO9（BTN）即是一种居里点（TC）高达940℃的铋层状化合物,而目前对其的研究主要集中在晶体结构,纯相陶瓷及一些固溶体的性质研究上,本文研究稀土离子Tb3+/ Yb3+共掺的BTN陶瓷铁电性质、压电性质和上转换发光性质。首先研究其上转换发光性质,以期拓展铁电陶瓷材料的光学特性。主要对Tb3+/ Yb3+体系上转换光谱和发光动力学进行研究,了解其在铋层状铁电体氧化物中的发光特性及能量传递方式。在980nm二极管激光激发下,我们观察到样品上转换荧光,它们分别对应Tb3+离子5D4→7F6、5D4→7F5以及5D4→7F2的跃迁,其中5D4→7F5跃迁发射的绿色荧光强度最强;功率曲线的拟合证明BTN:Tb3+/Yb3+体系的上转换发光是双光子过程,同时对弛豫曲线的分析表明体系中Tb3+离子辐射跃迁荧光寿命在μs量级。进一步,我们通过研究不同极化电场对BTN: Tb3+/ Yb3+陶瓷压电、铁电及上转换荧光的影响。我们发现Tb3+/Yb3+共掺BTN陶瓷压电系数d33及径向振动机电耦合系数kp与BTN陶瓷基本相当;另外电滞回线的表征表明,极化处理的铁电陶瓷剩余极化和回线面积随极化电压增加而减小。对上转换荧光光谱的观测,极化电压变化引起积分光强的变化,期望能够为应用荧光探针来研究铁电陶瓷极化状态提供实验依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景介绍
• 1.2 铁电材料的晶体结构及其宏观物理性能
• 1.2.1 铁电材料的晶体结构
• 1.2.2 铁电材料的宏观物理性能
• 3TiNbO₉（BTN）'>1.2.3 铋层状铁电氧化物Bi₃TiNbO₉（BTN）
• 1.3 稀土离子发光简介
• 1.3.1 稀土荧光发光原理
• 1.3.2 上转换发光介绍
• 3+、Yb³⁺上转换发光介绍'>1.3.3 稀土离子Tb³⁺、Yb³⁺上转换发光介绍
• 1.4 国内外的研究现状
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 样品制备及其物相分析
• 2.1 引言
• 2.2 固相反应法及实验方案
• 2.2.1 固相反应法
• 2.2.2 实验方案
• 2.3 X 射线衍射与密度测量
• 2.4 样品测试分析
• 2.4.1 BTN 陶瓷制备及物相分析
• 3+/Yb³⁺陶瓷制备及物相分析'>2.4.2 BTN:Tb³⁺/Yb³⁺陶瓷制备及物相分析
• 2.5 本章小结
• 3+/Yb³⁺掺杂对BTN 陶瓷性质的影响'>第3章 Tb³⁺/Yb³⁺掺杂对BTN 陶瓷性质的影响
• 3.1 引言
• 3+/Yb³⁺陶瓷上转换发光性质研究'>3.2 BTN:Tb³⁺/Yb³⁺陶瓷上转换发光性质研究
• 3.2.1 荧光测试光路介绍
• 3.2.2 上转换荧光光谱
• 3+离子上转换荧光产生机制及其荧光寿命'>3.2.3 Tb³⁺离子上转换荧光产生机制及其荧光寿命
• 3+/Yb³⁺掺杂对BTN 陶瓷铁电性质的影响'>3.3 Tb³⁺/Yb³⁺掺杂对BTN 陶瓷铁电性质的影响
• 3.3.1 电滞回线的测量
• 3.3.2 回线动力学标度
• 3.4 本章小结
• 3+/Yb³⁺陶瓷性质的影响'>第4章 极化对BTN:Tb³⁺/Yb³⁺陶瓷性质的影响
• 4.1 引言
• 4.2 样品极化处理
• 3+/Yb³⁺陶瓷电学性质的影响'>4.3 极化对BTN:Tb³⁺/Yb³⁺陶瓷电学性质的影响
• 4.3.1 陶瓷压电性质表征
• 4.3.2 陶瓷铁电性质表征
• 3+/Yb³⁺陶瓷上转换荧光性质的影响'>4.4 极化对BTN:Tb³⁺/Yb³⁺陶瓷上转换荧光性质的影响
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢