[發明專利]一種光介電鐵電陶瓷材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110481507.3
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113121226B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 許積文;張杰;饒光輝;楊玲;余文杰;王華
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: C04B35/495
• 分類號: C04B35/495;C04B35/622;H01G7/06
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉丹丹

本發明屬于陶瓷材料技術領域，特別涉及一種光介電鐵電陶瓷材料及其制備方法和應用。本發明提供了一種光介電鐵電陶瓷材料，所述光介電鐵電陶瓷材料的化學通式為(1?x)(K_0.5Na_0.5)NbO₃?xA(M_yNb_1?y)O_3?δ，x為0.005～0.10，y為0.01～0.5；A為AII族元素中的一種或多種，M為過渡金屬元素中的一種或多種。本發明通過過渡金屬的引入降低(K_0.5Na_0.5)NbO₃材料的帶隙，實現半導化，從而使光介電鐵電陶瓷材料具有高的光介電調諧率，使光介電鐵電陶瓷材料的介電常數在光激勵時產生改變，實現光對光介電鐵電陶瓷材料介電性能的非接觸式調控。

技術領域

本發明屬于陶瓷材料技術領域，特別涉及一種光介電鐵電陶瓷材料及其制備方法和應用。

背景技術

介電性是指在外電場作用下，不導電的物體，即電介質，在緊靠帶電體的一端會出現異號的過剩電荷，另一端則出現同號的過剩電荷，這種在電場作用下，表現出對靜電能的儲蓄和損耗的性質，通常用介電常數和介質損耗來表示。光照會引起一些電介質介電性的改變，例如硫化物、氧化物的半導體材料以及填充式鱗石英型結構的Mott絕緣體BaCoSiO₄在光照下介電常數會發生變化，通常稱此類材料為光介電材料。

在一些電介質晶體中，晶胞的結構使正負電荷中心不重合而出現電偶極矩，產生不等于零的電極化強度，使晶體具有自發極化，且電偶極矩方向可以因外電場而改變，呈現出類似于鐵磁體的特點，晶體的這種性質叫鐵電性。鐵電材料是指具有鐵電效應的一類材料。

一些鐵電材料具有光介電性能，例如2018年Nature Photonics報道了BaTiO₃單晶在光激發后的介電常數大幅度降低；同年，報道在0.88BNT-0.12BT材料中引入Ba(Ti_0.5Ni_0.5)O_3–δ組分，摻雜及外場作用產生載流子從而實現半導化，形成了鐵電半導體。目前，具有光介電性能的鐵電材料鈮酸鉀鈉(KNN)和鈦酸鉍鈉(BNT)陶瓷在鐵電、壓電、熱釋電、儲能、介電等物理性能上引起了廣泛的關注和研究，但是，鈮酸鉀鈉(KNN)和鈦酸鉍鈉(BNT)陶瓷在光激勵時的介電可調性偏低。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種光介電鐵電陶瓷材料及其制備方法，本發明提供的陶瓷材料在具有鐵電性能的同時，可以實現光對介電性能的非接觸式調控，并且具有較高的調控能力。

為了實現上述發明的目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種光介電鐵電陶瓷材料，所述光介電鐵電陶瓷材料的化學通式為(1-x)(K_0.5Na_0.5)NbO₃-xA(M_yNb_1-y)O_3-δ，x為0.005～0.10，y為0.01～0.5；

A為AII族元素中的一種或多種，M為過渡金屬元素中的一種或多種。

優選的，所述A包括Ca、Ba和Sr中的一種或多種。

優選的，所述M包括Mn、Ni、Co、Mo、Fe和Cr中的一種或多種。

優選的，所述光介電鐵電陶瓷材料的化學通式為：

0.97(K_0.5Na_0.5)NbO₃-0.03Ca(Ni_0.5Nb_0.5)O_3-δ、