摻雜鉍層狀無鉛鐵電材料的電學與光學性能研究.pdf

1、由于鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電材料具有高的剩余極化、低的矯頑場強以及高的居里溫度、低的介電損耗等優(yōu)點，因而在非揮發(fā)性鐵電隨機存儲器和高溫高頻壓電器件方面具有廣闊的應用空間。在鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電材料中，Bi4Ti3O12和CaBi4Ti4O15的高居里溫度的特性而受材料科學工作者的高度關注。而稀土元素獨特的電子層結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出許多優(yōu)異的光、電功能，尤其是稀土元素具有一般元素所無法比擬的光譜性質(zhì)，有關稀土發(fā)光離子摻雜鉍層狀鐵電材料的研究已引起

2、廣泛的關注和興趣。本文主要研究內(nèi)容如下：
　　 1.采用溶膠-凝膠法在Pt/Ti/SiO2/Si襯底上制得Eu摻雜的CaBi4Ti4O15：Nd鐵電薄膜。分別在不同的退火溫度和Eu摻雜濃度下研究了薄膜的光致發(fā)光性和鐵電性。所制得的CaBi3.75-xEuxNd0.25Ti4O15薄膜都為多晶結(jié)構(gòu)，且有正交相和四方相共存的準同型相界存在。當銪的摻雜濃度不超過x=0.2時，薄膜的晶粒大小及分布均勻，且表面致密光滑。而當銪的摻雜濃度超

3、過x=0.2時，薄膜的表面開始變得粗造。薄膜的光致發(fā)光強度明顯地依賴于退火溫度和Eu的摻雜濃度。當銪離子摻雜濃度分別為0，0.2，0.5時，其薄膜所對應的剩余極化值2Pr分別為13.2，30.7和25.3μC/cm2。
　　 2.采用溶膠-凝膠法成功在導電玻璃FTO襯度上制備了具有高度c軸取向的Bi4Ti3O12薄膜，并對其表面光伏響應進行了研究。Au/BiT/FTO結(jié)構(gòu)的剩余極值2Pr和矯頑場分別為98.8μC/cm2和212

4、 kV/cm。在偏置電壓從-1V到+1V中，其最大的表面光電壓值為1.8 mV，是在零偏置電壓下值的三倍。薄膜的表面光電壓的強度隨著正電場的增加而增強，隨著負電場的增強而減弱，甚至其方向發(fā)生一個偏轉(zhuǎn)，這表明Bi4Ti3O12薄膜的表面光電壓強度明顯的依賴鐵電薄膜的極化狀態(tài)。
　　 3.采用溶膠-凝膠法成功制備了不同Eu3+離子摻雜濃度的CaBi4Ti4O15：Nd(CBENT)材料。分別用XRD、拉曼譜和掃描電鏡對其結(jié)構(gòu)和表面形

5、貌進行測量。結(jié)果表明在CaBi3.75-xEuxNd0.25Ti4O15中，x在0.3和0.6之間，存在正交相和四方相共存的準同型相界。我們用350 nm激發(fā)光對Eu3+摻雜CBENT陶瓷時行了光致發(fā)光性質(zhì)的研究，結(jié)果表明Bi3+可以作為Eu3+發(fā)光離子的敏化劑；其光致發(fā)光是由于Bi3+可以有效地把能量傳遞給Eu3+發(fā)光離子和Eu3+離子所處局部對稱位置的改變；并且材料在準同型相界處有最好的光致發(fā)光性。隨著Eu3+離子的增加，陶瓷的居里

6、溫度逐漸從785℃減小到765℃。此外，和CBNT陶瓷相比，Eu離子的摻入退化了CBENT陶瓷的鐵電性。
　　 4.用溶膠-凝膠法制備了Er3+摻雜的Bi4Ti3O12粉末，利用X射線衍射儀和掃描電子顯微鏡對樣品進行表征，發(fā)現(xiàn)Eu3+的引入并沒有改變基質(zhì)Bi4Ti3O12的晶體結(jié)構(gòu)，制備得到的樣品仍為純的正交相結(jié)構(gòu)。對摻雜Er3+的Bi4Ti3O12材料實驗中觀測到了在520、540和662 nm波長的上轉(zhuǎn)換發(fā)射，這些發(fā)射峰來自