稀土摻雜弛豫鐵電材料的單晶生長與性能表征.pdf

1、PMNT(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3)弛豫鐵電單晶材料以其理想的鐵電壓電介電性能以及高相轉(zhuǎn)變溫度而備受關(guān)注，近年來該單晶生長難度大的問題得到成功解決，大尺寸高質(zhì)量的PMNT單晶已被投入使用。以NBT(Na1/2Bi1/2TiO3)鐵電單晶為代表的無鉛壓電鐵電體具有較好的鐵電壓電性能，在含鉛材料對環(huán)境帶來破壞性影響的背景下有著鉛基鐵電材料無法比擬的優(yōu)勢，這使其非常具有研究價值。本論文基于稀土摻雜鐵電材料的上轉(zhuǎn)換發(fā)光研究

2、進展，選擇了PMNT和NBT這兩種典型的鐵電單晶體進行稀土摻雜研究，考察了稀土摻雜對單晶電學(xué)性能的影響效果，并對稀土摻雜鐵電單晶體的熒光性能進行了初步探索，獲得了以下研究成果。
　　以化學(xué)計量比控制Er3+在PMNT中的摻入位置，采用分步高溫固相反應(yīng)法預(yù)先合成出鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)的Er3+A位和B位摻雜PMNT多晶料，以質(zhì)量良好的PMNT單晶作為籽晶，通過坩堝下降法生長出Er3+不同部位取代的PMNT單晶，根據(jù)XRD分析證明所獲得晶體為

3、單一鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，結(jié)合相結(jié)構(gòu)特征以及吸收或透射光譜證實稀土Er3+被成功摻入。測試Er3+A位和B位摻雜PMNT單晶的鐵電介電性能發(fā)現(xiàn)，Er3+的A位和B位引入導(dǎo)致居里溫度從PMNT單晶的135~136℃分別降低到111~115℃、125~127℃，室溫介電性能和鐵電性能方面Er3+的A位和B位引入效果不同，A位取代增強，B位取代減弱。激發(fā)發(fā)射光譜和上轉(zhuǎn)換發(fā)光的測試顯示Er3+A位和B位摻雜PMNT單晶都具有優(yōu)異的熒光性能，在488nm可

4、見光的激發(fā)下具有550nm綠光占主導(dǎo)地位的下轉(zhuǎn)換發(fā)光，在980nm激光激發(fā)下也呈現(xiàn)很強的上轉(zhuǎn)換綠色發(fā)光。
　　進行未摻雜NBT單晶的坩堝下降法嘗試生長即獲得質(zhì)地較好的NBT單晶，以此單晶作為籽晶分別引導(dǎo)稀土Er3+、Pr3+A位取代NBT的單晶生長。合成稀土摻雜多晶料時將成分比例分別控制為(Na1/2Bi1/2)0.985Er0.01TiO3、(Na1/2Bi1/2)0.985Pr0.01TiO3，XRD物相分析顯示多晶料和生長所

5、獲得單晶皆為純的鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)，稀土Er3+、Pr3+的引入并未破壞NBT單晶的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，而是取代并占據(jù)了相應(yīng)的格點。NBT單晶的居里溫度因為稀土離子的摻入而降低，另外，Er3+的引入使介電常數(shù)和介電損耗小幅降低，Pr3+的引入則使介電常數(shù)和介電損耗升高。稀土摻雜NBT單晶的透射光譜、激發(fā)發(fā)射光譜顯示出與Er3+、Pr3+摻雜其他固體介質(zhì)基本一致的特征。此外，NBT單晶因為Er3+的A位取代而具有良好的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能，在980nm激光的