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Eu~（3+）掺杂对Ba_（0.77）Ca_（0.23）TiO_3陶瓷电学、发光及磁性多功能性质的影响

作　者: 杨其华
导　师: 沈明荣；方亮
学　校: 苏州大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: Ba0.77Ca0.23TiO3铁电陶瓷 Eu3+掺杂电学发光磁性
分类号: TB34
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

研究具有多种功能的材料,是现代社会快速发展的需求。相比于传统的多种单一功能材料制成的器件集成系统,用这类材料制成的多功能器件将会具有更好的集成度。钙钛矿结构(ABO3)材料,如BaTiO3,CaTiO3,SrTiO3以及它们的固溶体,由于具有较好的铁电和介电特性,在近些年来一直受到研究人员的广泛关注。研究发现在(Ba, Ca)TiO3材料中,当部分的Ba2+被Ca2+所替代后,材料的机-电特性将会得到有效的改善。特别是在Ca2+的溶解极限(23mol%)附近,材料具有最大剩余极化强度和较好的电致应变特性。王旭生等人[Adv. Mater. (2005) 17, 1254-1258]发现微量(0.2mol%)Pr3+掺杂Ba0.77Ca0.23TiO3陶瓷后,陶瓷可以同时表现出电致应变、电致发光以及机致发光等优越特性,表现出很好的多功能性。此外,研究发现不同的稀土元素掺杂方式对材料的多种功能性也可以产生重要影响。蒋淳舸等人[Appl. Phys. Lett. (2009) 94, 071110-3]在SrTiO3陶瓷中采用Eu3+离子不同的掺杂方式实现了介电和发光性能增强。本论文研究了Eu3+掺杂Ba0.77Ca0.23TiO3(BCT23)铁电陶瓷的微结构以及电学、发光和磁学等性质,具体开展了以下两方面的研究工作。一是研究了在相同掺杂位置(Ca位),但Eu掺杂浓度不同的BCT23-A陶瓷样品的多功能性质;二是在Eu掺杂浓度相同的情况下,研究了Eu掺杂Ca位(Ca的空位补偿,BCT23-A)、Eu掺杂Ti位(O的空位补偿,BCT23-B)和Eu共同掺杂Ca、Ti位(自补偿,BCT23-AB)三种掺杂方式,以及相应的三种电荷补偿机制对BCT23铁电陶瓷多功能性质的影响。我们的研究表明:一方面,在BCT23-A陶瓷样品中,随着Eu掺杂浓度的增加,样品出现了从四方相到立方相的结构相变,介电常数和居里点温度也随之降低,居里峰出现展宽现象,介电弛豫行为趋向明显,样品的剩余极化强度(Pr)也有所降低。同时由于Eu的掺杂,BCT23-A铁电陶瓷样品出现了光致发光现象,并且随着Eu掺杂浓度的增加,光致发光性能逐渐增强而后再减弱。此外,随着Eu掺杂浓度的增加,BCT23-A样品体现了规律性的顺磁行为。另一方面,在相同Eu掺杂浓度下,Eu3+离子的不同掺杂位置对样品的微结构、电学、光致发光等性质也产生了不同程度的影响。在所有的掺杂样品中,BCT23-B样品的介电常数和居里点降低最为明显,且居里峰更加宽化,但是表现出较好的光致发光特性;BCT23-AB样品则因其引入的缺陷较少,其铁电性能最优。同时我们也发现不同Eu掺杂方式对样品的磁化行为并未产生明显影响。通过我们的研究表明,为实现不同特性的需求可以对Ba0.77Ca0.23TiO3采取不同Eu掺杂浓度以及掺杂方式,使其具有较好的介电、铁电、发光以及磁学性能,可以作为一种潜在的电、光、磁多功能材料。本论文的主要工作已在Materials Chemistry and Physics上发表。

全文目录

中文摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章引言  10-24
  1.1 电介质基本概念及铁电材料简介  10-16
    1.1.1 电介质的基本概念  10-12
    1.1.2 铁电材料简介  12-16
  1.2 发光原理及稀土发光材料的概况  16-19
    1.2.1 发光原理  16-17
    1.2.2 稀土发光材料简介  17-18
    1.2.3 稀土发光材料的研究意义  18-19
  1.3 材料的磁性  19-20
  1.4 本论文的研究意义和研究内容  20-22
  参考文献  22-24
第二章陶瓷材料的制备工艺  24-30
  2.1 配料  24
  2.2 混合与粉碎  24-25
  2.3 成型  25-26
  2.4 排塑  26-27
  2.5 预烧与烧结  27-28
  2.6 上电极  28-29
  参考文献  29-30
第三章 Eu~(3+)掺杂Ba_(0.77)Ca_(0.23)TiO_3陶瓷的表征方法  30-38
  3.1 物相结构分析方法  30-33
    3.1.1 X 射线衍射分析  30-31
    3.1.2 Rietveld 方法  31-32
    3.1.3 拉曼光谱分析  32-33
  3.2 扫描电子显微镜的测试原理  33-34
  3.3 电学性质的测试方法及原理  34-35
    3.3.1 介电性能  34-35
    3.3.2 铁电性能  35
  3.4 光致发光性质的测试方法  35-36
  3.5 磁化性能的测试原理  36-37
  参考文献  37-38
第四章 Eu~(3+)掺杂对Ba_(0.77)Ca_(0.23)TiO_3陶瓷电学、发光及磁学性质的影响  38-64
  4.1 引言  38-39
  4.2 电荷补偿机理及样品的制备  39-43
    4.2.1 电荷补偿机理  39-41
    4.2.2 样品的制备  41-43
  4.3 样品的结构表征  43-51
  4.4 样品的电学性质  51-55
  4.5 样品的光致发光性质  55-57
  4.6 样品磁化性能  57-59
  4.7 本章总结  59-61
  参考文献  61-64
第五章总结  64-67
  参考文献  66-67
攻读硕士期间公开发表的论文  67-68
致谢  68-69

Eu~（3+）掺杂对Ba_（0.77）Ca_（0.23）TiO_3陶瓷电学、发光及磁性多功能性质的影响

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