本发明专利技术提供了一种稀土铒掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电发光材料及其制备工艺，其分子式为ErxBa0.99-xCa0.01Ti0.98Zr0.02O3，其中x＝0～10.85%，本发明专利技术通过掺杂稀土铒将准同型相界向低温移动，居里温度峰向高温移动，提高了锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷压电性能温度稳定性。本发明专利技术所述陶瓷材料具有高铁电、压电和介电性能，同时还具有较强光致发光特性，发光单色性好，属于新型的多功能材料。所述铒掺杂的锆钛酸钡钙材料具有优良的压电性能和光电性能，在微机电、光电集成、传感器等领域具有广泛的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无铅压电材料和光电材料交叉领域，具体涉及一种稀土铒掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电发光材料及其制备方法。
技术介绍
压电陶瓷作为一种将机械能与电能相互转换的重要功能材料，广泛应用于基于压电等效电路的振荡器、滤波器和传感器，各种类型的水声、超声、电声换能器等，遍及日常生活、工业生产以及军事等领域。随着电子信息技术的飞速发展，现在对电子元器件的小型化、功能化、低成本、高稳定性的要求更高，压电陶瓷材料及其应用研究也正在加深，期望得到具有性能好、品种多、增值高、污染少等优点的压电陶瓷材料。目前，以锆钛酸铅(PZT)为代表的铅基压电陶瓷在商业应用上一直占据主导地位，但PZT陶瓷的铅含量高达60%以上，在制备、使用和废弃过程中对生态环境和人类健康造成严重危害。因此，寻找能够代替PZT的无铅压电材料成为电子材料领域的紧迫任务之一(硅酸盐通报，2010，29:616-626 ;四川师范大学学报，2010，33 (I):117_131)。根据PZT的研究经验，为了提高无铅压电陶瓷的压电性能，研究主要集中在三方一四方准同型相界上(Physical ReviewLetters, 2009, 10 3: 257602; Applied Physics Letters, 2011,99: 122901)。然而研究表明，钛酸钡基压电陶瓷的准同型相界实际上是多晶型相变过程中的正交一四方两相共存，或者正交一四方一立方三相共存，即通过改变样品组分或烧结温度将样品的相变温度调节到室温附近，从而得到了室温下较高的压电性能。并且在多晶型相变过程中，随着温度的升高或降低，多晶相共存结构逐渐转变为单一晶相结构，高压电性能随之迅速降低。也就是说，多晶型相变存在的温度区间较窄，温度稳定性差，提高温度稳定性总是以降低样品的压电性能为代价的。据所查到的相关专利中，未见稀土铒掺杂的锆钛酸钡钙陶瓷的制备和高压电活性的温度稳定性研究。公开号为102584227A (申请号201210010669.X)的中国专利文献公开了一种稀土氧化物钇掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷及其制备工艺，其分子式为Ba。.^CaatllYxTia98Zratl2O3，其中χ = O 0.8%，该稀土氧化物钇掺杂锆钛酸钡钙陶瓷具有较高的温度稳定性。公开号为102531578Α (申请号201210013996.0)的中国专利文献公开了一种钛酸钡钙-锆钛酸钡-锡钛酸钡三元系无铅压电陶瓷，材料组成为Baa 8_xCaxTi0.803_0.1BaTi0 9Sn0.^3-0.1BaTici 8Zrtl 2O3,其中 z = 0.005 0.06，该体系为钙钛矿相，z = 0.005 0.04时材料处于准同型相界区域，具有良好的压电性能，材料的压电常数J33值可达420pC/N，机电耦合系数矣可达44%。上转换发光材料是一种在红外激光激发下能够发射出可见光的材料，在防伪、红外探测、三位立体显示、短波长全固态激光器、生物标记等领域均有广泛的应用。上转换发光基质材料主要有氟化物、氯化物、氧化物等(《一种上转换荧光基质材料NaYF4纳米晶的制备方法》，中国专利技术专利，公开号CN1935938)。但是其制备工艺复杂，成本高，环境要求苛亥IJ，且氟化物有毒性，热稳定性和化学稳定性较差，在合成器件时难于集成。近期，人们在热稳定性和化学稳定性较好且无毒性的BaTi03、Naa5Bia5TiO31丐钛矿结构氧化物中开展了上转换发光的研究(Optics Express, 2011, 19 (3): 1842-1829; Journal of the AmericanCeramic Society, 2007,90(2):664_666)，取得了初步成果，但是极大的牺牲了材料的压电性能，并且发光效率较低，在一定程度上限制了其应用。根据调研，到目前为止还没有兼具高压电性能和强光致发光性能的多功能压电光电材料的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种一种钛酸钡基无铅压电发光材料(稀土铒掺杂的锆钛酸钡钙(ErxBadCaacilTia98Zratl2O3)粉体)及制备的陶瓷，以及其制备工艺，所述陶瓷在保持高压电性能的同时，具有明显提高的温度稳定性和高效的上转换发光特性。本专利技术的稀土铒掺杂的锆钛酸钡钙材料压电性能热稳定性、化学稳定性好，发光强度高，且为单一绿色光，材料易于合成，成本低廉。作为一类具有极高压电性能的无铅压电材料，在提高其压电性能的同时，还能实现其高效上转化发光，是极具研究意义和应用价值的材料。本专利技术的方案是:一种钛酸钡基无铅压电发光材料(稀土铒掺杂的锆钛酸钡钙(ErxBa0.99_xCa0.01Ti0.98Zr0.0203)粉体)，其化学通式为 ErrBa0 99ICa0 01Ti0 98Zr0 02O3,其中 χ = O ~10.85% (优选的方案是，z = O 0.8%)。前面所述的钛酸钡基无铅压电发光材料，优选的方案是，z = 0、0.2%、0.4%或0.8%。前面所述的钛酸钡基无铅压电发光材料的制备工艺，是按化学通式ErrBa0.99_xCa0.01Ti0.98Zr0.0203 中元素的化学计量比称取原料=BaCO3、CaCO3、ZrO2, TiO2 和Er2O3 ;将所有原料以无水乙醇为介质球磨8-24h，球磨所得浆料于100°C下保温8 12h烘干粉料后，在 1100 1300°C预烧 4 8h，得到 ErxBaa^CaatllTia98Zratl2O3 粉体。前面所述的制备工艺，优选的方案是，球磨时间为9-20h，优选20h。前面所述的制备工艺，优选的方案是，预烧温度为1120 12801:，优选为1250°C。前面所述的制备工艺,优选的方案是,预烧时间为4.5 7.8h,优选6h。本专利技术还提供了一种钛酸钡基无铅压电发光陶瓷，其化学通式为ErxBa0.99_xCa0.01Ti0.98Zr0.0203,χ = O 10.85%(优选的方案是，z = O 0.8%，更加优选的是，χ = 0,0.2%、0.4% 或 0.8%)ο前面所述钛酸钡基无铅压电发光陶瓷的制备工艺，以权利要求1-2任一所述钛酸钡基无铅压电发光材料，添加5 10 ￥丨％的PVB造粒，在100 200MPa的压强下压制成型(可以压制成直径10mm，厚度I mm的圆片)；充分排粘后，在空气中于1400 1550°C烧结4 6h，制备出钛酸钡基无铅压电发光陶瓷。前面所述钛酸钡基无铅压电发光陶瓷的制备工艺，优选的是，添加6 的PVB造粒，在150MPa的压强下压制成型；充分排粘后，在空气中于1500°C烧结5h，制备出钛酸钡基无铅压电发光陶瓷。本专利技术提供的稀土铒掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电发光陶瓷粉体(钛酸钡基无铅压电发光材料)，组分为ErrBaa9i^CaacilTia98Zraci2O3,其中z = O 0.85%。优选的，χ = O,0.2%、0.4%或0.8%。所述的稀土铒掺杂的锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷粉体的制备工艺，按化学通式ErrBaa^CaatllTia98Zra0203中元素的化学计量比称取原料:BaC03>CaC03 >ZrO2,TiO2和Er2O3 ;将所有原料以无水乙醇为介质球磨8-本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钛酸钡基无铅压电发光材料，其特征是，化学通式为ErxBa0.99?xCa0.01Ti0.98Zr0.02O3，其中x＝0～10.85%。
【技术特征摘要】
1.一种钛酸钡基无铅压电发光材料，其特征是，化学通式为ErrBatl.9iHrCaa Q1Titl.98Zra。203，其中 x = O 10.85%。2.根据权利要求1所述的钛酸钡基无铅压电发光材料，其特征是^= 0,0.2%、0.4%或0.8%。3.根据权利要求1所述的钛酸钡基无铅压电发光材料的制备工艺，其特征是，按化学通式ErxBaa^CaatllTia98Zratl2O3中元素的化学计量比称取原料:BaC03>CaC03、Zr02、Ti02和Er2O3 ;将所有原料以无水乙醇为介质球磨8-24h，球磨所得浆料于100°C下保温8 12h烘干粉料后，在 1100 1300°C预烧 4 8h，得到 ErxBaa^CaatllTia98Zratl2O3 粉体。4.根据权利要求3所述的制备工艺，其特征是，球磨时间为9-20h，优选20h。5.根据 权利要求3所述的制备工艺，其特征是，预烧温度为1120 1280°C，优选...
【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，徐志军，初瑞清，付鹏，
申请(专利权)人：聊城大学，
类型：发明
国别省市：
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