[发明专利]一种具有发光特性的BNT基无铅电致伸缩材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电功能材料领域，涉及一种电致伸缩材料及制备方法，具体涉及一种稀土掺杂的具有光致发光特征的BNT基无铅电致伸缩材料及制备方法。

背景技术

电致伸缩材料是一类具有扩散相变特征的铁电材料，同磁致伸缩材料及压电材料相比，具有响应时间快、无滞后、无老化效应、不需要极化等特点。所谓电致伸缩效应是指电场引起的伸缩形变现象，是固体介质在外电场作用下诱导极化而出现的一种物理现象。电致伸缩应变S(ΔL/L)与电致伸缩系数Q和电场强度E的平方成正比，即S＝QP²＝Qε²E²。目前，电致伸缩材料已经广泛进入应用领域，在微位移换能器方面，特别是在旋光性调制上，要将光程变化控制在波长的数量级，需要可以控制小尺寸位移变化的材料。目前应用的大部分电致伸缩材料是铅基材料，比如铌镁酸铅PMN[J.Kuwata,K.Uchino,S.Nomura,Electrostrictive coefficients of Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃ceramics,Jpn.J.Appl.Phys.1980,19:2099-2103]等。但是传统铅基电致伸缩材料污染环境，危害人类健康，因此研发新型环境友好型的电致伸缩材料已成为各国致力研发的热点之一。(Na_0.5Bi_0.5)TiO₃(BNT)基无铅铁电材料具有与铅基电致伸缩材料相似的弛豫性，因此该材料体系潜在的高电致伸缩性能引起了人们的关注[Adv.Mater.2009,21:4716–4720；J.Appl.Phys.2013,113:154102；Appl.Phys.A.2011,104:117–122；J.Appl.Phys.2013,114:027004]。

为了适应新技术的发展，满足铁电材料与器件的功能化，小型化，智能化的要求，研究者在深入研究和不断改善材料性能的同时，积极开发和拓展新的功能，研制具有多功能的铁电材料。Wang X S等人早期发现了Pr掺杂的压电陶瓷体系BaTiO₃-CaTiO₃具有光-机-电多重功能[CN101343180B]，中山大学的包定华教授课题组近期分别通过Eu掺杂和Er、Yb共掺Bi-层状无铅压电Bi₄Ti₃O₁₂薄膜，观测到掺杂后的Bi₄Ti₃O₁₂薄膜在具有压电性能的同时具有发光性能，从而有望做为多功能材料使用[CN 101337772B]。对于近些年关注较多的无铅铁电、压电材料，越来越多的研究正在致力于开展该材料的多功能化方面[例如：铋层状材料(CN102276248A)；(Ba_0.85Ca_0.15)(Zr_0.1Ti_0.9)O₃材料(CN103122246A)；(K_0.5Na_0.5)NbO₃基材料(CN103265954A)；(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃基材料(J.Appl.Phys.2014,116:014102)]。尽管众多具有发光特征的铁电、压电材料被开发出来，但目前研究者关注更多的是铁电材料的压电-发光双重 特征，而对于既具有发光特性，又兼备优异电致伸缩效应的多功能铁电材料目前还尚未有人报导。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种发光电致伸缩材料，该材料为一种稀土掺杂的BNT基无铅铁电材料，该材料除具备光致发光特征之外，还具有优异的电致伸缩性能，有望在光电集成、微机电、光电传感以及LED技术等领域中得到应用。