稀土掺杂Bi3TiNbO9:Tb3+/Yb3+陶瓷性质研究

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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 sm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。
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