Pr3+摻雜KxNa1-xNbO3（KxNa1-xNbO3:Pr3+）陶瓷粉末

鈮酸鉀鈉（KNN）基陶瓷被認(rèn)為是有望替代傳統(tǒng)鉛基壓電材料的一種無(wú)鉛壓電材料。在KNN陶瓷中，通過(guò)改變Na+/K+比，NaNbO3和KNbO3可以形成無(wú)限固溶體KxNa1-xNbO3。其壓電性能顯著取決于Na+/K+比，當(dāng)x = 0.5時(shí)具有高壓電響應(yīng)和高居里溫度。

稀土摻雜的KNN鐵電材料基于其光致變色特性（PC）顯示出**的可逆的光致變色特性而備受關(guān)注。由于高溫?zé)Y(jié)條件下K+和Na+離子的大量揮發(fā)，Er3+摻雜的KxNa1-xNbO3陶瓷基于其光致變色行為可以實(shí)現(xiàn)**的上轉(zhuǎn)換發(fā)光可逆調(diào)制。除此之外，人們還巧妙地利用了鈮酸鹽和Pr3+離子獨(dú)特的缺陷能級(jí)，在Pr3+摻雜的NaNbO3中發(fā)現(xiàn)出了良好的熱釋光和應(yīng)力發(fā)光現(xiàn)象。然而，在NaNbO3中卻沒(méi)有觀察到明顯的光致變色能力。因此，如果能夠在同一種材料中實(shí)現(xiàn)這些多功能的光學(xué)特性，將**拓寬了稀土摻雜鐵電材料的應(yīng)用，在傳統(tǒng)的壓電器件之外的光電存儲(chǔ)、光電開關(guān)等領(lǐng)域都具有發(fā)展?jié)摿Α?/p>

通過(guò)解析K0.5Na0.5NbO3中的光致變色特性以及NaNbO3：Pr3+中的熱釋光特性，然后采用傳統(tǒng)固相法燒結(jié)制備了一系列Pr3+摻雜KxNa1-xNbO3（KxNa1-xNbO3:Pr3+）陶瓷。該團(tuán)隊(duì)首次在同一種材料（KxNa1-xNbO3:Pr3+）中實(shí)現(xiàn)了光致發(fā)光、光致變色、熱釋光和發(fā)光可逆調(diào)制的多功能光學(xué)特性。另一方面，考慮到K+/Na+在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中極易揮發(fā)，不同的K+/Na+比對(duì)KNN陶瓷的壓電性能和化學(xué)成分穩(wěn)定性的影響**重要。因此，還進(jìn)一步研究了K+/Na+比對(duì)KxNa1-xNbO3: Pr3+陶瓷光學(xué)性能的影響。

相比于KxNa1-xNbO3:Pr3+，NaNbO3陶瓷中沒(méi)有明顯的光致變色效應(yīng)，因此作者提出，光致變色效應(yīng)是由K+引起的，而不是RE3+和Na+。K+、Na+的蒸發(fā)會(huì)形成相應(yīng)的鉀/鈉空位，于此同時(shí)，為了保持電荷的平衡也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的氧空位。光照條件下，氧空位和鉀空位就會(huì)分別捕獲光生電子和空穴，形成色心，并且在熱刺激的條件下重新釋放。另外，發(fā)射帶和吸收帶的重疊，為光致發(fā)光中心能量轉(zhuǎn)移到色心創(chuàng)造了條件，從而實(shí)現(xiàn)光致發(fā)光調(diào)制。熱釋光的產(chǎn)生，則是由于365 nm光照射時(shí)，基質(zhì)吸收光子能量，轉(zhuǎn)移到Pr3+，轉(zhuǎn)變?yōu)镻r-O-Nb IVCT，IVCT的電子被Pr'Na/K缺陷捕獲，在熱刺激下通過(guò)兩種**通道弛豫，產(chǎn)生紅光發(fā)射。

總而言之，KxNa1-xNbO3:Pr3+陶瓷的光致變色、光致發(fā)光以及熱釋光等多功能光學(xué)特性與K+含量緊密相關(guān)

小編zhn2021.08.04