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J. Am. Ceram. Soc.:Ho掺杂K0.5Na0.5NbO3压电陶瓷的可逆

时间:2018-01-11    作者:吴博士    来源:未知

【引言】

近年来,基于K0.5Na0.5NbO3(KNN)的压电体逐渐被认为是替代传统的Pb(Zr,Ti)O3基材料的最有希望的候选材料之一。一直致力于通过各种方法进一步提高其压电性能,在这些方法中,离子掺杂(例如金属离子,过渡金属离子或镧系元素离子)被广泛用于提高其压电性能。特别是镧系元素离子掺杂不仅赋予KNN基材料以迷人的光学性能,而且还可以改善其本征的铁/压电性质。通过集成发光和铁电/压电特性,可以进一步拓展KNN材料作为一种多功能器件的应用领域。

【成果简介】

近日,来自内蒙古科技大学的研究生张瑶(第一作者),张奇伟副教授(通讯作者), 孙海勤讲师(通讯作者), 郝喜红教授等人研究发现,基于光致变色响应的荧光调制行为在Ho3+掺杂(Na0.52K0.48)0.92Li0.08NbO3陶瓷中观察到,传统的固态反应方法在可见光照射(407nm)下20秒,样品由初始的淡绿色变成浅灰色,并通过230℃的热刺激10分钟恢复到其原始颜色,显示出典型的光致变色现象。在453nm激发下,样品在551nm显示出强的绿色发射。有趣的是,通过控制光致变色反应过程(照射波长和时间)可以有效地控制其发光强度,发光调制比达到77%。通过交替的可见光照射和热刺激,在10个循环后△Rt值没有任何明显的降解,显示出优异的可逆性。

【图文导读】

图1 KNLN的XRD图

不同Ho3+掺杂浓度下KNLN的XRD图,对于x=0的(ABO)和样品,观察到主要的钙钛矿相和次要的第二相,随着Ho含量的增加 (x=0.02)时,出现了一些新的附加衍射峰,这些衍射峰可以指向HoNbO4相(JCPDS No.23-1104)。

图2: KNLN的四种典型组成的SEM图

图2所有样品都显示出良好的烧结(浅绿色)和致密的微观结构(图2的插图)。所有样品清楚地观察到具有清晰边界的矩形晶粒。随着Ho掺杂量的增加,晶粒尺寸逐渐从6.33 μm下降到2.34 μm。这表明Ho掺杂对晶粒尺寸有明显的影响晶粒生长的抑制可以归因于Ho掺杂导致的烧结过程中晶粒之间的扩散系数的降低,如在PZT基陶瓷中观察到的。

图3 各元素映射图

由上图可知制备的物质各元素处于均匀分布的状态

图4:光致发光激发(PLE)和KNLN:xHo3+样品的发射(PL)光谱

在453nm激发下,强烈的绿色发射和弱红色发射带, 随着Ho3+浓度的增加,绿色发射强度逐渐增大,x = 0.005时达到最大值,如图4插图所示,由于浓度猝灭效应,较高的掺杂浓度导致显着的下降。

图5:样品的漫反射光谱以及吸收光谱变化

(a):KNLN:不同Ho含量陶瓷样品的漫反射光谱图;

(b):在407nm光照射之前和之后的KNLN:xHo样品的漫反射光谱图;

(c):不同Ho含量的吸收量变化;

(d):KNLN:xHo陶瓷样品照射前后变化。

图6:在407nm光照射之前和之后,Ho含量x=0.005的样品的拉曼光谱变化

被捕获的电子将导致拉曼散射的减小,根据Placzek理论由于振动极化率的变化引起的峰值强度。

图7:样品的光谱图

(a)在407nm照射之前和之后KNLN:0.005Ho样品的PL光谱变化;

(b)随着照射时间的x = 0.005,样品的PL光谱变化;

(c)Ho浓度函数;

(d)在不同照射波长下作为照射时间的函数的发光切换对比度。

图8:通过交替407nm光辐射和10次循环下的热刺激对4种典型陶瓷样品的发光开关对比

图8示出了通过交替407nm光照(LD,200mW)和热刺激(230℃10分钟)的四个

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