《稀土上轉換髮光薄膜的逆壓電原位應變調控研究》是依託上海師範大學，由王飛飛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：稀土上轉換髮光薄膜的逆壓電原位應變調控研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王飛飛
- 依託單位：上海師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
發展高效的上轉換髮光材料、探索新的調控手段從而滿足其在生物醫學、雷射等領域的套用吸引了廣泛的研究興趣。傳統調控上轉換髮光主要採用化學手段，限制了對其動態發光過程及機理的認識。本項目提出一種基於高性能壓電單晶(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3 (PMN-PT)優越的逆壓電效應實現對上轉換髮光的原位、動態、可逆的調控，通過將上轉換髮光薄膜直接外延生長在PMN-PT單晶襯底上，利用襯底的逆壓電效應產生的應變使其產生原位拉伸或壓縮，並傳遞至外延的發光薄膜中，進而改變稀土離子周圍的晶體場和對稱性，實現對其上轉換髮光性能的調控。重點研究原位應變對薄膜的相結構、顯微結構、上轉換髮光性能等的影響規律，探索應變調控上轉換髮光受薄膜厚度、界面耦合情況以及基質材料體系等的影響規律，揭示原位可逆應變下發光的動態變化過程及應變調控上轉換髮光的物理機制，為器件套用奠定基礎。
結題摘要
發展高效的上轉換髮光材料、探索新的調控手段從而滿足其在生物醫學、雷射等領域的套用吸引了廣泛的研究興趣。傳統調控上轉換髮光主要採用化學手段，限制了對其動態發光過程及機理的認識。在本項目中，提出利用高性能壓電單晶PMN-PT優越的逆壓電效應實現對上轉換髮光的原位、動態、可逆的調控，通過將上轉換髮光薄膜直接外延生長在PMN-PT單晶襯底上，利用襯底的逆壓電效應產生的應變使其產生原位拉伸或壓縮，並傳遞至外延的發光薄膜中，進而改變稀土離子周圍的晶體場和對稱性，實現對其上轉換髮光性能的調控。在本項目開展過程中，為獲得高的場致應變，通過篩選確立以厚度<110>取向，長度沿<001>方向的位於準同型相界三方相區域的PMN-PT單晶作為襯底，利用脈衝雷射沉積方法首先製備外延生長的SRO底電極材料，在此基礎上，進一步製備出摻雜Er3+/Yb3+的BaTiO3(BTO)等應變－發光外延薄膜，獲得了優異的鐵電、介電、壓電及上轉換髮光性能。在此基礎上，研究了襯底剩餘應變對其發光性能的影響，施加0.5 kV/mm的電場極化襯底前後，薄膜的發光強度增強約10%。進一步給極化後的PMN-PT單晶施加原位電場得到，施加電場為0.1 kV/mm時，發光強度與未加電場時相比增強了8%，隨著電場逐漸增強到0.3 kV/mm，增強了12%，當電場達到0.5 kV/mm時，最大增強15%左右，在這些結果基礎上，分析揭示了應變—發光調控的一般影響規律的物理機制，並利用不同原位電場下PMN-PT襯底及薄膜的XRD、場致應變進行了驗證。發現當電場從0 kV/mm增加到0.5 kV/mm時，PMN-PT峰的位置向左偏移，BTO(Yb/Er)薄膜和SRO薄膜的衍射峰也向左偏移，表明面外(110)方向晶胞參數增大，面內[001]方向晶胞參數減小，與原位應變的測試結果一致。另外，為了進一步證實這一原位、動態的調控過程的可逆性，多次測試了增加和減小電場過程中的發光光譜。發現在增加和減小電場過程中，在相同的偏置電場下，發光光譜重合，表明原位應變這一途徑在調控發光強度時是可逆的。本項目的開展可為上轉換髮光的調控提供了全新的途徑，為上轉換髮光材料在生物醫學、雷射等領域的套用奠定基礎。
