Pr3+摻雜對CaBi8Ti7O27陶瓷電學和光學性能的影響

龍 梅，江向平，樊 剛，劉 芳，蘇春陽，蘇 雷

(1.景德鎮陶瓷大學材料科學與工程學院，景德鎮 333403；2.西南民族大學電氣信息工程學院，成都 610041)

0 引 言

鉍層狀結構鐵電體(BLSFs)具有良好的抗疲勞性能和較高的居里溫度TC，因而在鐵電存儲及高溫壓電器件方面具有廣闊的應用前景。其結構通式通常表示為(Bi2O2)2+(Am-1BmO3m+1)2-，由鉍氧層(Bi2O2)2+與類鈣鈦礦層(Am-1BmO3m+1)2-沿c軸按一定規律交替排列而成[1]。共生鉍層狀結構壓電材料是由兩個類鈣鈦礦層數相差為1的鉍層狀鐵電體沿c軸方向按一定規律交替排列而成。

CaBi8Ti7O27(CBT-BIT)共生鉍層狀結構陶瓷是由m=4的CaBi4Ti4O15(CBT)和m=3的Bi4Ti3O12(BIT)沿c軸交替排列組成的，其中m=3.5。該材料因其獨特的超晶格結構和較高的居里溫度(大約736 ℃)等特點而引起研究人員的廣泛關注[2]。然而，CBT-BIT陶瓷的壓電活性較差(d33<8 pC/N)以及高溫介電損耗較大等缺點一定程度上限制了該類材料的實際運用。目前，采用稀土元素對鉍層狀結構陶瓷進行A位摻雜是一種改善其電學性能的有效方法。例如，Yao等[3]制備了稀土La、Ce離子共同摻雜的Na0.5Bi4.5-x(La0.5Ce0.5)xTi4O15陶瓷，研究表明La、Ce共摻可顯著提高該體系陶瓷的壓電活性。當x=0.15時，其壓電常數d33從18 pC/N提升至最大值25 pC/N，且經430 ℃退火處理后仍保持在較高水平(d33>20 pC/N)。Jiang等[4]發現La3+摻雜Na0.5Bi4.5Ti4O15-Bi4Ti3O12共生鉍層狀陶瓷可明顯提高陶瓷的壓電活性并降低介電損耗。當La3+摻雜量為0.50 mol時，壓電常數d33高達23 pC/N。

近年來，研究者發現稀土離子不僅可作為摻雜劑來調節壓電鐵電材料的各項電學性能，還可用作發光激活劑來制備具有光致發光特性的材料，從而實現相關材料光-電多功能性的耦合[5]。Yu等[6]發現(Pr，Ce)離子共同摻雜Na0.5Bi4.5Ti4O15陶瓷在492 nm波長的激光激發下，可在611 nm和656 nm處觀察到明顯的紅光發射峰。Wu等[7]制備了(Pr，Er)離子共同摻雜的0.93Bi0.5Na0.5TiO3-0.07BaTiO3陶瓷，研究表明通過調節Pr、Er離子的濃度，不僅可改善該類陶瓷的鐵電和壓電性能，還可使其具備優異的光致發光性能。

因此，本文選取CBT-BIT共生鉍層狀結構陶瓷為基質材料，通過固相法制備了不同Pr3+摻雜量……