[发明专利]一种具有上转换发光特性的透明电光陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有上转换发光特性的透明电光陶瓷材料及其制备方法，属于电光陶瓷材料技术领域。

背景技术

电光材料是一类折射率在电场作用下会发生变化的材料，利用这种独特的性质，可以实现对光的强度及相位进行调制，因此电光材料可以作为可变光衰减器、光快门、光开关等光学器件，在光通信等领域得到了广泛的应用。目前使用的电光材料包括KDP单晶、铌酸锂单晶、PLZT和PMN-PT透明铁电陶瓷等。KDP单晶易于生长，抗光损伤能力强，但是其电光系数小，并且易潮解，因此KDP单晶只在部分领域得到了应用。另一种电光材料铌酸锂单晶具有相对较高的电光性能，因此在光通信等领域得到了广泛的应用，但是铌酸锂单晶生长成本高，大尺寸化困难；另外这种材料抗光损伤能力较差，并且电光特性温度稳定性不高，因此对其应用造成了一定的限制。

鉴于单晶电光材料的种种局限，透明电光陶瓷材料成了电光材料的重要发展方向。美国Harteling等人在上世纪70年代率先研制出透明PLZT陶瓷，开创了铁电陶瓷在电光领域的新应用。这种材料具有较好的透过率、高电光系数等优点，但是由于这种材料具有较明显的回线特性，同时这种材料电光特性的温度稳定性较差，因此一直未能得到实际使用。透明PMN-PT电光陶瓷是一种新型高性能电光材料，研究显示，其电光性能较铌酸锂单晶高100倍，较PLZT陶瓷也有数倍的提高，是一种有潜力的电光材料。但是这种材料较难制备透明，迄今为止，仅美国BATI公司能制备出高透过率的PMN-PT电光陶瓷。目前大部分关于透明电光陶瓷的研究都是关注其电光应用，但是在很多应用场合，需要材料同时具有发光和电光两种特性，这样将能大大简化光学器件的设计，创造出全新的应用。

目前研究的发光材料大部分都是基于稀土掺杂的氧化物发光材料，如稀土掺杂的氧化铝及YAG，这些材料有着较高的发光效率，但是这种材料只有单一的发光特性。国外研究者在PLZT陶瓷中加入Nd、Er等稀土元素，发现这种材料具有良好的发光特性，因此可以实现发光、电光双重应用。如前所述，尽管稀土掺杂的PLZT陶瓷具有电光及发光性能，但是由于其电光系数较低，因此有必要开发具有更高电光、发光性能的新型多功能陶瓷材料。

发明内容

为了解决现有技术制备的陶瓷材料存在的只具备光电特性或具备光电及发光性能但电光系数较低等问题，本发明提供一种具有上转换发光特性的透明光电陶瓷材料及其制备方法，以满足制备光通信、固体发光及其它新型光学器件的性能要求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种具有上转换发光特性的透明电光陶瓷材料，其组成通式为：(1-x)Pb_1-yLa_y(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTi_1-y/4O₃+z(aEr₂O₃+(1-a)Yb₂O₃)，其中：x，y为摩尔比，且0.05≤x≤0.55、0≤y≤0.10；z为重量比，以PMN-PT陶瓷粉体总重量计，且满足0.005≤z≤0.10；a为摩尔比，且满足0.20≤a≤1.0。

作为优选方案，所述的具有上转换发光特性的透明电光陶瓷材料的组成通式中的0.1≤x≤0.5、0≤y≤0.05、0.01≤z≤0.05、0.50≤a≤1.0。

作为最佳方案，所述的具有上转换发光特性的透明电光陶瓷材料的组成通式中的x＝0.25、y＝0.03、z＝0.02、a＝1.0；或者，x＝0.26、y＝0.01、z＝0.01、a＝0.7。

所述的具有上转换发光特性的透明电光陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：

a)按照MgNb₂O₆通式精确称量化学计量比的Mg₂CO₃和Nb₂O₅，经球磨、煅烧、再次球磨步骤，制得MgNb₂O₆陶瓷粉体；