【摘 要】
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环境友好型的SrBi8Ti7O2 7（S BT-B IT）共生铋层状结构压电陶瓷具有高居里温度、低老化率和较好的抗疲劳性等优点,在非易失性存储器和高温压电元器件中具有潜在应用,然而SBT-BIT陶瓷的压电活性较差,高温介电损耗大,因此还需进一步研究来改善其电学性能。目前,稀土掺杂A位掺杂和高价态B位掺杂是两种改善其电性能的有效手段,此外稀土掺杂还可使陶瓷材料兼具荧光特性,从而扩宽材料的运用领域。因
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环境友好型的SrBi8Ti7O2 7（S BT-B IT）共生铋层状结构压电陶瓷具有高居里温度、低老化率和较好的抗疲劳性等优点,在非易失性存储器和高温压电元器件中具有潜在应用,然而SBT-BIT陶瓷的压电活性较差,高温介电损耗大,因此还需进一步研究来改善其电学性能。目前,稀土掺杂A位掺杂和高价态B位掺杂是两种改善其电性能的有效手段,此外稀土掺杂还可使陶瓷材料兼具荧光特性,从而扩宽材料的运用领域。因此本论文一方面采用稀土掺杂SBT-BIT陶瓷来研究其结构、电学和光学性能;另一方面利用高价态B位掺杂S BT-B IT陶瓷以优化材料的电学性能。研究内容可分为以下三个部分:（1）采用固相法制备了Er3+掺杂的SrBi8-xErxTi 7O27(S BT-B IT-x Er3+,0≤x≤0.20)共生铋层状结构压电陶瓷,系统研究了Er3+掺杂对陶瓷样品的结构、电学及上转换发光性能的影响。所有陶瓷样品均为单一的正交相结构,拉曼光谱表明Er3+取代类钙钛矿层A位中的Bi3+离子增大了陶瓷样品的晶格畸变程度。适量的Er3+离子取代Bi3+离子减小了陶瓷样品的介电损耗、增大了直流电导激活能,并提升了压电常数d3 3,当x=0.15时,陶瓷样品的综合电学性能最佳:d3 3=17p C/N,tanδ=0.83%。此外,在980nm波长光的激发下,SBT-BIT-x Er3+陶瓷样品在532nm和548nm处观察到两个绿光发射峰,在670nm处观察到一个红光发射峰,当x=0.15时,发光强度达到最佳。（2）采用固相法制备Sm3+掺杂SrBi8-xS m xTi7O27(S BT-B IT-x S m3+,0≤x≤0.50)多功能陶瓷材料,研究了不同掺杂量的Sm3+对样品的结构、光致发光、介电以及压电性能的影响。所有样品均为单一的共生铋层状结构,XRD精修和Raman结果表明Sm3+掺杂引起样品晶格畸变的减小,当掺杂量0≤x＜0.30时,Sm3+主要取代类钙钛矿层中的Bi3+离子,当掺杂量x≥0.30时,Sm3+开始部分进入铋氧层（Bi2O2）2-中。在407nm的近紫外光的激发下,SBT-BIT-x Sm3+陶瓷样品在598nm处存在最强的红橙光发射,当x=0.15时,发光强度达到最佳。适量的S m3+掺杂降低了介电损耗tanδ,提升了压电常数d3 3,当x=0.30时,综合电性能最佳:压电常数d3 3=16p C/N,tanδ=0.90%。实验结果表明Sm3+掺杂SBT-BIT共生铋层状陶瓷在光-电多功能器件等领域具有潜在的应用前景。（3）采用固相法制备了高价Ta5+离子掺杂的SrBi8Ti 7-xTaxO27(SBT-BIT-x Ta5+,0≤x≤0.10)共生铋层状压电陶瓷材料,系统研究了Ta5+掺杂对陶瓷样品的结构与电学性能的影响。所有样品均为单一的m=3.5的共生铋层状结构。适量的Ta5+的掺杂使得陶瓷样品的介电损耗降低、压电常数增大、剩余极化强度增大,当掺杂量x=0.04时,样品的压电常数达到最大值,d33=17p C/N,而剩余极化强度在掺杂量x=0.06时达到最大值,2Pr=3.0μC/cm~2。
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