镧系掺杂铌酸钙压电陶瓷的电畴结构和光学显示应用研究

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钙钛矿层状结构(PLS)压电陶瓷是一类极具研究价值的压电材料,不仅具有优异的高温行为,还可通过镧系掺杂的办法获得特殊的发光性能,因此在高温压电、光学显示等领域表现出引人注目的应用前景。本文以具有超高居里温度(TC>1500oC)的Ca2Nb2O7压电陶瓷为主要研究对象,深入研究了其微观结构和宏观电学性能之间的内在联系,并探究了不同镧系离子掺杂对其发光性能的影响。此外,本文还结合了所制备陶瓷的不同发光性能设计得到了具有多重刺激响应的柔性发光器件,显著增强了其光学显示能力。在Pr3+掺杂Ca2Nb2O7陶瓷中首次发现了本征的单畴态结构,并结合其极化反转行为推断这种特殊的单畴结构是Ca2Nb2O7陶瓷高矫顽电场和微弱铁电压电性能的可能来源。另外,在PFM扫描中还发现其具有良好的局域铁电性。在光学性能方面,系统研究了陶瓷的光致发光和热致发光性能及其机理,并结合样品粉末和PDMS设计得到了一种光/热双重刺激响应的柔性发光器件,所得器件可以在光/热驱动下发出明亮的红光。基于Pr3+、Er3+共掺杂的策略成功在Ca2Nb2O7压电陶瓷中实现了四种发光模式,即下转换发光、上转换发光、光刺激发光和热致发光。通过改变激发波长和Er3+浓度的方法在Ca2Nb2O7:x Er3+/Pr3+中实现了颜色可调(红/黄/绿)的光致发光,并结合上转换发光光谱和热释光谱分析认为光刺激发光和热致发光均源于陷阱中心()和发光中心(Pr3+)之间的能量传递。此外,将制备的陶瓷粉末和商用Zn S:Cu2+荧光粉均匀嵌入到PDMS基质中设计得到了一种同时具有彩色(红/粉/白/青/绿/蓝)和多模式(上/下转换和光/热/力刺激)发射特点的多功能发光器件,所得器件显示出优异的多维度编码能力。
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