[發明專利]一種電可調上轉換發光無鉛鐵電單晶體及其制備方法

有效

• 申請號: 201610361017.9
• 申請日: 2016-05-29
• 公開（公告）號: CN106012016B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 陳超;江向平;李小紅;李菊梅;展紅全;涂娜;陳云婧
• 申請（專利權）人: 景德鎮陶瓷大學
• 主分類號: C30B29/24
• 分類號: C30B29/24;C30B15/00;C30B33/02
• 代理公司: 暫無信息
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技術領域

本發明涉及屬于光-電多功能材料領域，具體涉及一種電可調上轉換發光無鉛鐵電單晶體及其制備方法。

背景技術

上轉換發光材料是一種在紅外激光激發下發射出可見光的材料，在防偽識別、太陽能電池、生物熒光標記、上轉換激光器等領域有著廣泛的應用前景。目前，商用的上轉換發光材料主要是氟化物，它雖然具有較低的聲子能量，較高的上轉換發光效率；但是，氟化物具有毒性，且熱穩定性和化學穩定性較差，極大限制了其廣泛使用。環境友好型無鉛鐵電材料具有良好的化學穩定性、熱穩定性以及相對較低的聲子能量，因而被作為一種新型的上轉換基質材料，相關報道見中國發明專利《無鉛鐵電上轉換熒光陶瓷材料及其制備方法和應用》（申請號為CN 104710173 A）；還可以參考《一種Na_0.5Bi_0.5TiO₃基紅光熒光材料及其制備方法》授權公告號：CN102241979 B的中國發明專利。另外，Na_0.5Bi_0.5TiO₃基無鉛發光鐵電材料不僅是一種性能優異的鐵電材料，又因其具有良好的介電、壓電性能和光致發光特性，在光電傳感，激光器，LED技術等領域具有廣闊的應用前景。

目前，上轉換發光無鉛鐵電材料主要集中在陶瓷、薄膜等多晶材料，相關文獻報道可見雜志《Journal of Applied Physics》，2015年，第118期，文章編號：044101；還可以參見《Journal of Applied Physics》,2011年，第110，文章編號：034102。但是，多晶材料對光具有很強的散射作用，致使其上轉換發光強度較低。相比之下，單晶體由于可減小激光的非均勻加寬從而增加峰值波長處的發射截面，有助于提高發光性能，是理想的上轉換發光材料。不僅如此，鐵電單晶中存在的強逆壓電效應可以實現電調控上轉換發光，該材料在光電多功能材料領域具有廣泛的應用前景。但迄今為止，未見任何關于電可調上轉換熒光鐵電單晶的報道與相關專利申請。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有上轉換發光材料的發光強度低且光強不可調等問題，本發明提供了一種新型電調控上轉換發光無鉛鐵電單晶體材料。

為解決以上技術問題，本發明的技術方案是：一種電可調上轉換發光無鉛鐵電單晶體，其特征在于：單晶體材料的化學通式為（Na_0.5Bi_0.5-xEr_x）TiO₃，通式中，x為摻雜Er的摩爾比，x的取值范圍為0<x≤0.05。

所述單晶體材料當外加電場由0kV/cm增加至80kV/cm，該材料在550nm波段上轉換熒光強度的電調控度介于30～80%之間。

上述單晶體的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟一：按單晶體材料的化學通式(Na_0.5Bi_0.5-xEr_x)TiO₃精確稱取化學計量比的Na₂CO₃、Bi₂O₃、TiO₂和Er₂O₃的氧化物原料，其中0<x≤0.05，置于球磨罐中，經球磨混合10～20h，得到均勻的混合料；

步驟二：將上述混合料置于鉑金坩堝中，鉑金坩堝放入盛有Bi₂O₃和Na₂CO₃粉料的加蓋剛玉坩堝中，剛玉坩堝置于馬弗爐中，在溫度500～700℃進行5～10h的固相反應，得到符合化學計量比的多晶料；

步驟三：將所得多晶料細磨、過篩，并加入一定比例的Bi₂O₃作為助熔劑，并置于球磨罐中，經球磨混合后得到單晶生長起始料；

步驟四：采用頂部籽晶助熔劑提拉法生長單晶，,單晶生長完成后將單晶體提升至熔體液面上方5~10cm；

步驟五：對制得單晶進行氣氛退火，將單晶置于鉑金坩堝中，鉑金坩堝放入管式電阻爐的石英玻璃管道中，然后用氧氣排除管道中的空氣，在溫度700～800℃，氧氣氣氛下恒溫10～20h，然后以10～50℃/h的速率降溫至室溫，獲得電可調上轉換發光無鉛鐵電單晶體制品。