学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

稀土Eu离子掺杂钛酸钡材料的制备及其光学特性研究

作　者: 高微微
导　师: 方炎；戴守愚
学　校: 首都师范大学
专　业: 光学
关键词: Ba1-xEuxTiO3 拉曼光谱荧光光谱变温 X射线光电子能谱相变
分类号: O482.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 82次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

钙钛矿氧化物具有铁电、超导、介电、压电以及光电等十分丰富的物理效应与特性,因此对这一类材料的研究具有重要的意义,它一直是国内外基础科学和高新技术研究领域的热点。其中以钛酸钡(BaTiO3)为代表的铁电材料,具有典型的ABO3钙钛矿晶体结构,具有良好的光电特性,很高的电光系数、低的半波电压、外延生长的BaTiO3薄膜有很强的二次谐波形成。以BaTiO3为基质掺杂的材料一直是材料研究的热点问题之一,掺杂可以改善材料的物性,如从电导率参数看,通过控制氧含量和掺杂可以很好的控制电导率参数等,可以广泛的应用于各个领域,其中更以掺入稀土活性离子或过渡族元素居多。稀土元素作为一类性质特殊的元素,很早以来就有人将稀土元素引入BaTiO3基陶瓷材料的改性研究中,并得到了性能优良的BaTiO3基陶瓷材料。对于这一类材料的铁电以及光电特性己有大量的研究报道和深入分析,但对其光学特性尤其是荧光光谱和拉曼光谱随温度的变化以及材料表面的电子结构信息尚缺乏系统和仔细的实验研究,本论文以此为出发点,开展了以下几方面的研究:本论文采用高温固相反应方法制备了高质量的Ba1-xEuxTiO3材料,X-射线衍射谱(XRD)表明所制备的材料为单相化合物,当掺杂量x很小时,SEM的图象显示材料致密。为了深入细致地探讨材料的相变过程,本论文用显微拉曼谱仪分别在波长为514.5 nm和785 nm的激光激发下,对Ba1-xEuxTiO3材料在83 K - 553 K温度区间内进行了系统的拉曼实验研究,实验研究表明,拉曼散射强度和拉曼峰位都是温度的函数,不同的物相满足不同的函数关系,并且在相变点附近散射强度和拉曼峰位发生突变,同时Eu离子对Ba离子的替代导致了材料的相变温度向低温方向位移,我们并对其物理机制进行了详细地探讨。通过对比514.5 nm和785 nm的激光激发下的拉曼散射谱,我们还发现了与Eu的4fn电子组态有关的电子拉曼现象,电子拉曼峰也是温度的函数。除此之外,我们还对Ba1-xEuxTiO3材料在不同激光激发下的拉曼散射谱进行了系统地对比研究。实验研究表明,不同激光激发下的拉曼散射谱特征基本相似,随着掺杂Eu离子浓度的增加,拉曼频率发生了一定的位移。本论文还在514.5 nm和325 nm激光激发下对材料分别进行了系统地荧光光谱实验研究,514.5 nm激光激发下的变温荧光光谱实验研究表明,荧光峰位也是温度的函数,在相变温度处存在着一定的跃变,与相关拉曼实验结果报道一致,这就意味着荧光光谱技术可以做为一种新的检测材料相变的方法。325 nm激光激发下的Ba1-xEuxTiO3材料的荧光光谱实验结果表明,荧光光谱由两部分组成:一为源于BaTiO3内电子带间跃迁所产生的荧光;另一为源于Eu离子的相关电子跃迁所产生的荧光;随着Eu离子浓度的增加,荧光峰发生了一定的移动。为了探讨材料的表面电子结构信息,我们还对Ba1-xEuxTiO3材料进行了系统的X射线光电子能谱(XPS)的研究。分别对Ba1-xEuxTiO3材料的XPS总谱、芯能级谱、价带谱进行了系统的实验研究,确定了材料表面的化学组份、化学态以及材料内部电子带的分布状态,除此之外,本论文还做了单晶BaTiO3的相关特性实验研究,并将其结果与上述多晶实验结果进行对比讨论研究。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-15
综述部分  15-45
  第一章钙钛矿型氧化物材料的基本概述  17-25
    1.1 钙钛矿型氧化物材料的特点和研究意义  17-18
    1.2 钛酸钡(BaTiO_3)材料的研究背景和现状  18-22
    参考文献  22-25
  第二章稀土材料的研究概述  25-35
    2.1 固体的发光  25-27
      2.1.1 固体发光定义及分类  25-26
      2.1.2 固体发光过程及原理  26-27
    2.2 稀土离子发光的简述  27-31
      2.2.1 稀土元素的特点  27-30
      2.2.2 稀土离子的荧光特性  30-31
    2.3 影响稀土离子发光的几个重要因素  31-34
      2.3.1 基质晶格  31-32
      2.3.2 稀土离子浓度  32
      2.3.3 环境温度  32
      2.3.4 压力效应  32-34
    参考文献  34-35
  第三章相关表征方法的简要概述  35-45
    3.1 拉曼光谱技术  35-39
      3.1.1 拉曼光谱原理  35-36
      3.1.2 拉曼光谱的特点  36-38
      3.1.3 拉曼光谱在物理学中的应用  38-39
    3.2 荧光光谱技术  39-40
      3.2.1 荧光光谱产生原理  39-40
      3.2.2 荧光光谱的研究方法  40
    3.3 X射线光电子能谱技术  40-44
      3.3.1 X射线光电子能谱基本原理  40-41
      3.3.2 X射线光电子能谱分析方法  41-43
      3.3.3 X射线光电子能谱特点  43-44
    参考文献  44-45
实验部分  45-97
  第一章 Ba_(1-x)Eu_xTiO_3材料的拉曼光谱研究  47-65
    1.1 引言  47
    1.2 实验  47-48
    1.3 结果与讨论  48-62
      1.3.1 514nmAr+激光激发下Ba_(0.95)Eu_(0.05)TiO_3变温拉曼光谱研究  50-53
      1.3.2 785nm激光激发下Ba_(0.95)Eu_(0.05)TiO_3变温拉曼光谱研究  53-57
      1.3.3 Ba_(0.95)Eu_(0.05)TiO_3材料电子拉曼光谱研究  57-60
      1.3.4 不同浓度Eu离子掺杂条件下材料的拉曼光谱研究  60-62
    1.4 结论  62-64
    参考文献  64-65
  第二章 Ba_(1-x)Eu_xTiO_3材料的荧光光谱研究  65-79
    2.1 引言  65-66
    2.2 实验  66
    2.3 结果与讨论  66-75
      2.3.1 514.5nm激光激发下Ba_(1-x)Eu_xTiO_3陶瓷的变温荧光光谱研究  67-72
      2.3.2 325nm紫外激光激发下Ba_(1-x)Eu_xTiO_3陶瓷的荧光光谱研究  72-75
    2.4 结论  75-77
    参考文献  77-79
  第三章 Ba_(1-x)Eu_xTiO_3材料的光电子能谱相关研究  79-91
    3.1 引言  79
    3.2 实验  79-80
    3.3 结果与讨论  80-88
      3.3.1 BaTiO_3材料的光电子能谱总谱分析  81-82
      3.3.2 Ba_(1-x)Eu_xTiO_3材料的光电子能谱芯能级谱分析  82-85
      3.3.3 Ba_(1-x)Eu_xTiO_3材料的光电子能谱价带附近谱分析  85-88
    3.4 结论  88-89
    参考文献  89-91
  第四章单晶BaTiO_3材料相关特性研究  91-97
    4.1 引言  91
    4.2 实验  91-92
    4.3 结果与讨论  92-94
    4.4 结论  94-96
    参考文献  96-97
稀土Eu离子掺杂钛酸钡材料的制备及其特性研究的展望  97-98
附录:攻读硕士期间论文发表情况  98-99
致谢  99-100

稀土Eu离子掺杂钛酸钡材料的制备及其光学特性研究

内容摘要

全文目录

相似论文