[发明专利]一种多功能铁电陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多功能铁电陶瓷材料及其制备方法，该材料属于ABO₃钙钛矿结构的无铅铁电陶瓷材料，其化学式为(1‑x)Na_0.5Bi_0.497Sm_0.003TiO₃‑xCaTiO₃，其中0≤x≤0.08，该材料在蓝光480 nm波长激发下，能产生肉眼可见的橙红光，具有光致发光性能。本发明在20‑200 ^oC的温度范围内，光致发光的热稳定性优异，且在室温下具有良好的防水性，工艺简单、生产成本低、绿色环保，所得材料铁电/压电性能良好，可以取代对生态环境有危害且市面上广泛应用的铅基陶瓷，在光电多功能材料和器件领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于铁电材料制备技术领域，具体涉及一种多功能铁电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着人们对全球环境保护意识的提高和可持续发展的战略的提出，无铅压电陶瓷因对环境友好，热稳定性和化学稳定性良好，机械性能出色和多功能的独特特性而成为人们关注的焦点。因此，寻找新型无铅铁电材料取代对人类健康和生态环境有危害的铅基陶瓷材料迫在眉睫。

属于ABO₃钙钛矿家族材料之一的Na_0.5Bi_0.5TiO₃(NBT) 在室温下具有较大的剩余极化强度(P_r~38 μC/cm²)、较高的居里温度(T_c~320ºC)，较低的烧结温度和良好的声学性能等优点，因此，激发了国内外学者广泛的研究兴趣，被认为是一种很有潜力的无铅压电候选材料。然而，纯NBT陶瓷具有矫顽场高，且在铁电相区电导率高而难以极化，压电性能偏低(d₃₃=58 pC/N)，高温下Na⁺和Bi³⁺易挥发，难以形成致密样品等缺点，因而限制了其实际应用。

稀土(RE)离子由于其独特的电子结构以及4f壳层衍生的光学，电学和磁学特性而受到新材料开发人员的极大关注。通常，这些RE离子不仅用作激活剂离子来合成高效发光材料，而且还用作铁电/压电材料的结构改性剂，以提高机械和电性能，从而开发新的多功能材料。RE掺杂铁电/压电材料激发了研究人员越来越多的兴趣，通过将发光特性与其固有的铁电/压电性能相结合，将铁电/压电材料的应用范围扩展为一类新型多功能材料，即“荧光-铁电/压电”材料。目前，具有高荧光热稳定性的荧光-铁电种类非常少，这在很大程度上限制了铁电材料的实际应用。另外，先前研究报道的一些发光材料因水解反应，其发光强度随着浸没水中时间的延长而显著衰减，严重限制了其在水环境中的应用。

发明内容

本发明的首要目的是提供一种热稳定性高、防水性能优异的的荧光无铅铁电陶瓷材料，其同时具备光致发光、铁电/压电特性。

本发明的另一个目的是提供一种生产工艺简单，成本低廉，过程绿色环保的致密多功能铁电陶瓷材料的制备方法。

为实现本发明的第一个目的，本发明采用的技术方案是：一种绿色环保多功能铁电陶瓷材料，该材料属于ABO₃钙钛矿结构的无铅铁电陶瓷材料，其化学式为(1-x)Na_0.5Bi_0.497Sm_0.003TiO₃-xCaTiO₃，其中0≤x≤0.08。

较佳的，该陶瓷材料通过在A位添加0.003含量的稀土元素Sm³⁺取代Bi³⁺，实现光致发光性能。

较佳的，该陶瓷材料在蓝光480 nm波长激发下，能产生很强的肉眼可见的橙红光，从而实现光致发光性能。