鐵電-上轉(zhuǎn)換發(fā)光薄膜的逆壓電原位應(yīng)變調(diào)控研究.pdf

1、稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料因其在生物醫(yī)學(xué)、激光和太陽能電池等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，吸引了國內(nèi)外廣泛的研究興趣，如何進(jìn)一步獲得高效的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料、探索新的調(diào)控手段從而滿足其在生物醫(yī)學(xué)、激光器等領(lǐng)域的應(yīng)用要求也成為當(dāng)前國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能的調(diào)控主要采用化學(xué)手段，這些方法不可重復(fù)調(diào)節(jié)，屬于靜態(tài)的調(diào)控手段，并且當(dāng)引入不同類型、濃度的稀土離子時(shí)，會(huì)同時(shí)改變體系的晶格參數(shù)及缺陷狀態(tài)，限制了對其動(dòng)態(tài)發(fā)光過程的認(rèn)識(shí)。尋找新的調(diào)控途徑和手段，實(shí)現(xiàn)

2、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、可控的調(diào)節(jié)，對于研究上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)理及其應(yīng)用具有重要意義。本論文基于此，提出利用原位逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)應(yīng)變來實(shí)現(xiàn)對上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能的調(diào)控，在具有優(yōu)異壓電響應(yīng)的0.7Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO3(PMN-PT，PMNT)單晶襯底上，利用脈沖激光沉積(PLD)方法制備鐵電發(fā)光薄膜，研究制備工藝參數(shù)對薄膜相結(jié)構(gòu)、電疇結(jié)構(gòu)、形貌、鐵電與壓電性能的影響規(guī)律，確立高質(zhì)量發(fā)光外延薄膜的最佳工藝參數(shù)，并在此基礎(chǔ)上，研究

3、不同原位應(yīng)變下薄膜的發(fā)光性能，建立起應(yīng)變、微觀結(jié)構(gòu)與發(fā)光性能間的定量關(guān)系，主要研究結(jié)果如下：
　　1.以鐵電體 BaTiO3(BTO)作為基質(zhì)材料，利用傳統(tǒng)固相反應(yīng)法分別制備了單一Er3+摻雜、Er3+/Yb3+復(fù)合摻雜的發(fā)光靶材，研究了不同摻雜方式對靶材的致密度、相結(jié)構(gòu)及上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能的影響規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn)通過調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度，皆可獲得純相結(jié)構(gòu)的靶材，980 nm波長的激光激發(fā)下，單一摻雜的靶材未檢測到明顯的發(fā)光輸出，A、B位復(fù)合摻雜

4、的靶材發(fā)光顯著，且A位復(fù)合摻雜的綠光輸出更強(qiáng)。
　　2.基于PMN-PT壓電單晶襯底，利用PLD首先制備了SrRuO3(SRO)底電極，研究了制備溫度、氧壓及沉積時(shí)間對SRO薄膜的表面形貌、粗糙度和電阻率的影響，優(yōu)化后SRO外延薄膜的表面方塊電阻為60Ω左右、粗糙度0.5 nm。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步制備了 BTO(Yb/Er)外延薄膜，總結(jié)了制備工藝對薄膜結(jié)構(gòu)與性能的影響規(guī)律，優(yōu)化后的BTO(Yb/Er)薄膜粗糙度為0.9 nm，剩

5、余極化強(qiáng)度和矯頑場分別為10μC/cm2和5 kV/mm，微區(qū)下BTO(Yb/Er)薄膜施加電場后具有明顯的電疇翻轉(zhuǎn)和良好的微區(qū)壓電響應(yīng)，980 nm的紅外激發(fā)光下，具有良好的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能。
　　3.利用PMN-PT單晶襯底的逆壓電效應(yīng)，研究了襯底極化產(chǎn)生的剩余應(yīng)變對薄膜發(fā)光強(qiáng)度的影響，0.5 kV/mm的電場極化襯底后，薄膜發(fā)光強(qiáng)度增強(qiáng)10％；另外，通過對襯底施加實(shí)時(shí)電場，研究了不同電場下（0-0.5 kV/mm）BTO(Yb