《稀土摻雜PMN-PT單晶的上轉換髮光及其壓電耦合研究》是羅來慧為項目負責人，寧波大學為依託單位的面上項目。
基本介紹
- 中文名：稀土摻雜PMN-PT單晶的上轉換髮光及其壓電耦合研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：羅來慧
- 依託單位：寧波大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
探求高效的上轉換髮光晶體材料，對於研製上轉換雷射具有非常重要的意義。本項目以PMN-PT鐵電單晶為基質材料，採用下降法生長稀土單摻以及含有敏化離子Yb雙摻的PMN-PT單晶。利用980nm紅外雷射激發可見上轉換光，通過測量稀土離子的上轉換髮光特性，揭示稀土摻雜的鐵電單晶上轉換髮光機制以及發光特性與稀土成分、晶體取向、外加電場、相結構、壓電性能之間的規律。通過電場、溫度、相變以及後處理物理方法調控晶體中稀土摻雜位的晶體場，從而獲得高上轉換效率稀土摻雜的PMN-PT單晶。利用J-O理論，揭示在稀土摻雜的PMN-PT鐵電單晶中，實現電場增強以及可控的上轉換髮光的物理機制，建立上轉換髮光-相結構-壓電耦合理論。通過這些研究，製備出具有高上轉換效率的稀土摻雜PMN-PT鐵電單晶材料，對鐵電體中稀土的高上轉換效率形成條件作初步的理論歸納和總結,為探索新型高上轉換髮光效率的鐵電基質材料提供理論指導。
結題摘要
在鐵電體中摻雜稀土不僅可以改善鐵電體鐵電、壓電特性，還可以將稀土的上轉換螢光性能引入鐵電體中，並利用稀土螢光對晶體場敏感的特性探測鐵電體的結構。首先合成了稀土Er摻雜的PMN-xPT鐵電體，研究了不同PT含量的PMN-PT的相結構、鐵電壓電特性，我們發現紅綠光的強度比例與相結構存在很強的關聯，紅綠光的比值在準同型相處PMN-PT存在一個反常。將Yb、Er固溶到PMN-PT中，分別製備出了PEN-PYN-PT，PEN-PYN-PMN-PT三元和四元多功能鐵電體。PEN-PYN-PT在980nm的紅外光激發下發出很純的紅光，並且其彌散指數在準同型相界存在一個轉折。利用四方的PMN-PT和正交的PYN合成的PEN-PYN-PMN-PT鐵電體具有較高的居里溫度（~200度），當PYN為12%摩爾含量附近時，形成了準同型相，最大的壓電性能d33達到350pC/N。此外稀土摻雜的PMN-PT-PYN可以作為溫度感測材料，利用螢光強度比例技術，0.84(PMN-PT)-0.14PYN:Er3+的溫度感測範圍可以在133–573 K，最大的靈敏度達到0.0028 K−1。由於固溶進去的Yb對980nm的雷射大的吸收截面，PEN-PYN-PMN-PT可以作為紅外加熱材料，在608mW的雷射激發下，PEN-PYN-PMN-PT溫度增加70度。我們的研究結果證明了將Er，Yb等稀土元素固溶進PMN-PT，可以提高PMN-PT基鐵電固溶體的鐵電、壓電特性，並能將稀土的螢光特性引入到鐵電體中，從而實現稀土摻雜的PMN-PT的多功能化。利用下降法生長出了Er摻雜的大尺寸PMN-PT、PMN-PT-PZ、NBT單晶，研究了不同取向、組分對稀土摻雜的Er單晶電學以及螢光特性的影響，發現了疇的狀態對螢光性能影響顯著。此外電場極化可以增強Er摻雜的PMN-PT單晶的上轉換髮光強度，極化後的Er摻雜的鐵電單晶的發光強度提高了20%左右，通過Er摻雜也可以提高單晶的透光度。我們把稀土摻雜的PMN-PT中發現的規律推廣到無鉛的BT, NBT, BCT-BZT, KNN中，發現了在稀土摻雜的BT, NBT, BCT-BZT, KNN陶瓷中，Er的螢光可以探測BT的居里溫度，Er摻雜的BCT-BZT, NBT中具有很優異的上轉換髮光特性以及溫度感測特性，並且稀土的螢光可以辨別KNN基鐵電體中的多型相轉變。
