一种光致变色和电场极化驱动的高灵敏度可逆荧光调控压电材料及其制备方法

本发明涉及光电材料领域，特别是涉及一种光致变色和电场极化驱动的高灵敏度可逆荧光调控压电材料及其制备方法。

背景技术：

1、压电材料是一类在电场作用下发生形变的功能性材料，它们广泛应用于传感器、换能器、超声波装置、振动控制系统等领域。这些材料的独特性质使它们成为电声器件和电机械系统中的关键组成部分。

2、光致变色现象指的是当材料受到特定波长的光照射后，其颜色发生可逆变化的现象。光致变色材料中的发光调制是由于负责光致变色行为的能级的吸收带与发光离子的发射带之间的重叠，从发光中心到色心的能量转移。电场极化是指通过施加电场来改变材料内部的极化方向，电场极化可诱导稀土离子掺杂陶瓷材料的相变、晶格畸变、主晶格的对称性和畴重新取向，从而影响陶瓷的光致发光特性。光致变色效应和电场极化效应在光学和电学调控领域都具有广泛应用，但通常单独应用于不同的材料中。同时，现有技术中，尽管已经存在一些光致变色材料和电致极化材料，但它们通常在可逆性和灵敏度方面存在局限。当前的技术尚未提供同时具有高灵敏度和可逆性的荧光调控压电材料，这限制了这些材料在新兴应用领域的应用。

技术实现思路

1、本发明的第一个发明目的在于针对背景技术中所述的现有的存在的问题，提供一种能够解决前述问题的一种光致变色和电场极化驱动的高灵敏度可逆荧光调控压电材料。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种光致变色和电场极化驱动的高灵敏度可逆荧光调控压电材料，化学式组成为pzt:x稀土元素，其中，x为稀土元素的掺杂量，是稀土元素占pzt基体的质量比，且0＜x≤0.01。

3、在上述方案中，所述pzt基体为pzt-5h粉体，其化学式为pb1.0[zr0.49ti0.46(nb0.25sb0.75)0.05]1.0o3。

4、在上述方案中，所述稀土元素为高纯的eu2o3、tm2o3、sm2o3、pr2o3、ho2o3或er2o3。

5、在上述方案中，所述压电材料的表面设有镀金层。

6、在上述方案中，所述压电材料为电场极化处理后的压电材料。

7、本发明的第二个发明目的在于提供一种光致变色和电场极化驱动的高灵敏度可逆荧光调控压电材料的制备方法，其包括以下步骤：

8、s1、按照pzt：稀土元素=1：x的质量比称取材料，其中0＜x≤0.01；将称好的料放入球磨罐中进行湿法球磨，得到球磨后的湿料，将球磨后的湿料放置于80℃～90℃的电热鼓风干燥箱内进行烘干；

9、s2、将烘干后的干料，采用8％的聚乙烯醇（pva）作为粘结剂进行造粒，在50 mpa～150 mpa压力下，采用成型模具压制成所需尺寸大小的陶瓷生坯片，在450℃-600℃下保温10h排黏；

10、s3、将所述排黏后的陶瓷生坯片在2℃/min～5℃/min的升温速率下加热至1000℃～1050℃保温60min～80min，最后升温至1250℃，保温3h～4h进行烧结，得到稀土元素掺杂锆钛酸铅光致变色发光压电陶瓷。

11、在上述方案中，对步骤s3得到的压电陶瓷材料片进行表面抛光处理，然后对陶瓷片进行镀金处理，得到镀金后的陶瓷片；然后在室温下，采用直流高压电源，在30kv/cm的电场强度下对压电陶瓷材料极化30min，极化完成后，得到光致变色和电场极化驱动的高灵敏度可逆荧光调控压电陶瓷材料。通过对得到的压电陶瓷材料片进行镀金处理和电场极化处理，能提高压电陶瓷材料片的

12、在上述方案中，步骤s5中，采用金属溅射镀膜机对陶瓷片进行镀金处理20min，得到镀金后的陶瓷片。

13、在上述方案中，在步骤s1中，进行湿法球磨时，在球磨罐中加入无水乙醇作为球磨介质，其中，原料：锆球：乙醇为1：（1.8～2.2）：（2.8～3.2），在转速为200～300r/min的条件下球磨12～15小时。

14、本发明具有积极的效果：1）本发明的光致变色和电场极化驱动的高灵敏度可逆荧光调控压电材料，通过光致变色和电场极化的协同作用，实现了对压电陶瓷材料的荧光性质的可逆调控，压电陶瓷材料的这种新的特性使其能在光电器件、显示技术和光学传感器等领域带来新的技术革新。2）本发明的光致变色和电场极化驱动的高灵敏度可逆荧光调控压电材料，通过对压电陶瓷材料进行电场极化处理，能使该压电陶瓷材料的发光强度表现出明显的调控现象；在pzt:稀土元素体系中，其调控度超过了在光刺激下的调控程度，调控度能达到70%。

技术特征：

1.一种光致变色和电场极化驱动的高灵敏度可逆荧光调控压电材料，其特征在于：化学式组成为pzt:x稀土元素，其中，x为稀土元素的掺杂量，是稀土元素占pzt基体的质量比，且0＜x≤0.01。

2.根据权利要求1所述的光致变色和电场极化驱动的高灵敏度可逆荧光调控压电材料，其特征在于：所述pzt基体为pzt-5h粉体，其化学式为pb1.0[zr0.49ti0.46(nb0.25sb0.75)0.05]1.0o3。

3.根据权利要求1所述的光致变色和电场极化驱动的高灵敏度可逆荧光调控压电材料，其特征在于：所述稀土元素为高纯的eu2o3、tm2o3、sm2o3、pr2o3、ho2o3或er2o3。

4.根据权利要求1所述的光致变色和电场极化驱动的高灵敏度可逆荧光调控压电材料，其特征在于：所述压电材料的表面设有镀金层。

5.根据权利要求1所述的光致变色和电场极化驱动的高灵敏度可逆荧光调控压电材料，其特征在于：所述压电材料为电场极化处理后的压电材料。

6.一种权利要求1-5中任意一项所述的光致变色和电场极化驱动的高灵敏度可逆荧光调控压电材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的光致变色和电场极化驱动的高灵敏度可逆荧光调控压电材料的制备方法，其特征在于，对步骤s3得到的压电陶瓷材料片进行表面抛光处理，然后对陶瓷片进行镀金处理，得到镀金后的陶瓷片；然后在室温下，采用直流高压电源，在30kv/cm的电场强度下对压电陶瓷材料极化30min，极化完成后，得到光致变色和电场极化驱动的高灵敏度可逆荧光调控压电陶瓷材料。

8.根据权利要求7所述的光致变色和电场极化驱动的高灵敏度可逆荧光调控压电材料的制备方法，其特征在于，步骤s5中，采用金属溅射镀膜机对陶瓷片进行镀金处理20min，得到镀金后的陶瓷片。

9.根据权利要求6所述的光致变色和电场极化驱动的高灵敏度可逆荧光调控压电材料的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，进行湿法球磨时，在球磨罐中加入无水乙醇作为球磨介质，其中，原料：锆球：乙醇为1：（1.8～2.2）：（2.8～3.2），在转速为200～300r/min的条件下球磨12～15小时。

技术总结
本发明公开了一种光致变色和电场极化驱动的高灵敏度可逆荧光调控压电材料及其制备方法，光致变色和电场极化驱动的高灵敏度可逆荧光调控压电材料化学式组成为PZT:x稀土元素，其中，x为稀土元素的掺杂量，是稀土元素占PZT基体的质量比，且0＜x≤0.01。本发明的光致变色和电场极化驱动的高灵敏度可逆荧光调控压电材料，通过光致变色和电场极化的协同作用，实现了对压电陶瓷材料的荧光性质的可逆调控，压电陶瓷材料的这种新的特性使其能在光电器件、显示技术和光学传感器等领域带来新的技术革新；通过对压电陶瓷材料进行电场极化处理，能使该压电陶瓷材料的发光强度表现出明显的调控现象；在PZT:稀土元素体系中，明显提高了调控度。

技术研发人员：王保明,李鹏,曹文武
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/20