BaTiO3(Yb/Er)-CoFe2O4多功能陶瓷的磁-电-光耦合效应研究

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近年来,发展具有多物理场耦合效应的多功能材料引起了人们极大的研究兴趣。对于磁电、电光和磁光等二种物理效应间的耦合效应研究一直是国内外关注的热点,在磁电传感器和显示设备等领域具有广泛的应用,相比较而言,同时具有多种耦合效应的材料很少。为了发展具有磁、电、光多物理场耦合的多功能材料,本论文将压电、光致发光和磁致伸缩性能相结合,采用传统的固相反应法,制备了(1-x)Ba0.955Yb0.025Er0.005TiO3-xCoFe2O4(BTO(Yb/Er)-CFO)固溶体,对其介电、铁电、压电、铁磁以及发光性能进行了表征,研究原位磁电、电光和磁光效应,主要研究结果如下:1、在前期研究基础之上,通过将稀土离子Yb和Er掺杂的BaTiO3(BTO(Yb/Er))与铁磁性材料CoFe2O4(CFO)复合,实现在单一体系中兼有光致发光效应、铁电、介电、压电与磁致伸缩性能。研究了不同含量固溶的复合体系的介电、铁电、压电、铁磁和光致发光性能。随着BTO(Yb/Er)含量的增加,BTO(Yb/Er)-CFO陶瓷的饱和极化强度从8μC/cm2增加到13μC/cm2、压电系数从12 pC/N增加到22 pC/N、饱和磁化强度从14.8 emu/g下降到5.5 emu/g,发光强度逐渐增强。2、研究不同组分固溶的BTO(Yb/Er)-CFO复合陶瓷的磁电、电光和磁光耦合效应。研究发现,在实验所施加的偏置磁场范围内,BTO(Yb/Er)-CFO复合陶瓷磁电耦合系数随偏置磁场增加基本保持不变,其中0.65BTO(Yb/Er)-0.35CFO复合陶瓷具有最大的磁电耦合系数αE33,达到11 mV/Oe?cm。利用压电力显微镜,在偏置磁场下观察到了原位的铁电畴反转。此外,通过给BTO(Yb/Er)-CFO复合陶瓷施加原位电场/磁场,实现原位、动态调控其上转换发光强度。随着电场/磁场的变化,在980 nm激光的激发下,0.65BTO(Yb/Er)-0.35CFO组分在施加原位电场为15 kV/cm和原位磁场2 kOe时,绿色发射强度的调谐率分别达到16%和2%。这些结果为设计和发展全新的具有磁、电、光多重物理效应耦合及其应用提供了一种新的思路。
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