本发明涉及一种压电材料结构相变的测定方法，属于材料物性分析领域。
背景技术：
压电铁电材料因其独特的电学特性在航天，军事，民用等领域上一直有着广泛的应用。该类材料以其独特的压电性和铁电性在驱动器、多层陶瓷电容器、换能器、传感器和铁电存储等领域有着诱人的前景。然而，压电铁电材料只有在低于居里温度时才能体现出其压电铁电性并正常工作。为了确保稳定的工作效率，这类材料在制备完成后需要测定其结构相变温度点作为一项重要的技术指标。
目前较为常用的测试方法是通过测试材料的介电温谱来判断其相变过程。然而，使用该方法前需要在样品表面涂覆导电涂层，这提高了工序的繁琐程度，也对粉末、单晶等样品提出了一定的工艺要求，不适合高效处理的场合，并且导电层与样品的物理接触可能对测试结果产生影响。而其他方法如x射线衍射法，差热分析法等都需要昂贵的仪器支持。
技术实现要素：
本发明是为了解决现有的用于检测压电材料相变过程的接触式相变检测方式工艺复杂并且工作效率低的问题。现提供荧光光谱法测定压电材料结构相变的方法。
荧光光谱法测定压电材料结构相变的方法，所述包括以下步骤：
步骤一、将稀土离子均匀掺入压电材料中，使用高温烧结掺入稀土离子的压电材料得到陶瓷片；
步骤二、将所述的陶瓷片置于暗室环境中，对陶瓷片施加不同强度的外加场并用光源激发陶瓷片，通过收集陶瓷片中的稀土离子在可见波段的发射谱信息能够得到陶瓷片中的压电材料在外加场下的结构相变；
步骤三、根据发射谱信息得到发射谱区间强度积分，从该强度积分中分别提取陶瓷片中稀土离子的电偶极跃迁强度和磁偶极跃迁强度，获得电偶极跃迁强度与磁偶极跃迁强度的比值；
步骤四、绘制电偶极跃迁强度与磁偶极跃迁强度的比值随暗室环境下外加场的变化曲线，曲线的峰值区间为压电材料结构发生相变的区间。
本发明的有益效果为：
本申请利用稀土离子的发光特性来间接判断材料的结构变化是一种操作简单且成本低廉的非接触式实时相变检测手段。
本申请的压电陶瓷材料在受到外加场的调制下，其晶体场发生变化，而通过压电材料中稀土离子的发光情况能够反映出这种晶体场的变化情况。在外加场的影响下，掺有稀土离子的压电材料的晶体场会发生变化，从而导致材料结构的对称性变化，最终使稀土离子的电偶极跃迁几率改变。而其磁偶极跃迁几率只与自旋角动量和轨道角动量相关，不会响应晶体结构对称性变化。跃迁几率的变化会体现在相应光的发光强度上，因此，电偶极跃迁与磁偶极跃迁荧光强度的比值和晶体场存在联系，研究两类跃迁强度比的变化规律即反应了晶体场的变化趋势，进而获得压电材料的结构相变信息。
本申请提出一种简单、廉价且便捷的非接触荧光光谱法材料结构检测手段，可应用于各类外界因素如温度场、外电场、应力场等调控的相结构变化快速检测，检测对象包括但不限于压电材料，具有极大的应用前景。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的荧光光谱法测定压电材料结构相变方法的具体步骤；
图2为具体实施方式一所述的荧光光谱法测定压电材料结构相变方法的光路示意图；
图3为实施例1所述的ba0.7ca0.3tio3:eu3+压电材料在465nm光激发下的荧光光谱；
图4为相对介电常数和荧光强度比随温度变化的曲线图；附图标记6表示压电材料在10khz下的相对介电常数随温度的变化曲线，该曲线中居里温度tc＝70℃，附图标记7表示不同温度参数下的电偶极跃迁强度与磁偶极跃迁强度的比值，附图标记8表示电偶极跃迁强度与磁偶极跃迁强度比值随温度变化的拟合曲线。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的荧光光谱法测定压电材料结构相变的方法，所述包括以下步骤：
步骤一、将稀土离子均匀掺入压电材料中，使用高温烧结制得掺入稀土离子的压电材料，得到陶瓷片；
步骤二、将所述的陶瓷片置于暗室环境中，对陶瓷片施加不同强度的外加场并用光激发陶瓷片，通过收集陶瓷片中的稀土离子在可见波段的发射谱信息能够得到陶瓷片在外加场下的结构相变；
步骤三、根据发射谱信息得到发射谱区间强度积分，从该强度积分中分别提取陶瓷片中稀土离子的电偶极跃迁强度和磁偶极跃迁强度，获得电偶极跃迁强度与磁偶极跃迁强度的比值；
步骤四、绘制电偶极跃迁强度与磁偶极跃迁强度的比值随暗室环境下外加场的变化曲线，曲线的峰值区间为压电材料结构发生相变的区间。
本实施方式中，不同强度的外加场使陶瓷片中的压电材料的相结构发生变化，陶瓷片中的稀土离子受外加场的影响导致发光强度的改变，通过所述的发光强度变化能够得到压电材料相结构变化。
实施例1：
根据图2至图4所示，荧光光谱法测定压电材料结构相变的方法，所述包括以下步骤：
步骤1：将稀土eu3+离子均匀掺入ba0.7ca0.3tio3材料中，稀土eu3+离子的掺入量占ba0.7ca0.3tio3材料物质的量的1％～5％，通过高温固相烧结法在1300℃～1400℃，烧结持续4h得到掺杂稀土离子的压电陶瓷片2；
步骤2：将陶瓷片2置于暗室环境中，通过外加温度场调控陶瓷片的相结构变化，同时用氙灯465nm波长的光源1激发暗室中的陶瓷片2中的稀土eu3+离子发光，从该片2出射的光进入聚焦透镜3聚焦后，通过光谱仪4采集稀土eu3+离子在可见波段的发射谱信息；
步骤3：采用信号处理及输出系统5以光谱区间强度积分的形式分别提取陶瓷片中稀土eu3+离子的电偶极跃迁强度及磁偶极跃迁强度，计算电偶极跃迁强度与磁偶极跃迁强度的比值，积分区间选取585nm～602nm为磁偶极跃迁黄光发射区，选取605nm～630nm为电偶极跃迁红光发射区；
步骤4：以外加温度场强度为x变量，以电偶极跃迁强度与磁偶极跃迁强度的比值为y变量作图，绘制电偶极跃迁强度与磁偶极跃迁强度的比随暗室环境下外加场的变化曲线，曲线的峰值区间即发生相变区间。
实施例1的优点：前期处理简单，操作方便，设备要求低，非接触式实时检测。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的荧光光谱法测定压电材料结构相变的方法作进一步说明，本实施方式中，稀土离子掺入量占压电材料物质的量的1％～5％。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的荧光光谱法测定压电材料结构相变的方法作进一步说明，本实施方式中，稀土离子为eu3+。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的荧光光谱法测定压电材料结构相变的方法作进一步说明，本实施方式中，压电材料为钛酸钡基材料。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的荧光光谱法测定压电材料结构相变的方法作进一步说明，本实施方式中，步骤一中，使用高温固相烧结法烧结掺入稀土离子的压电材料。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一所述的荧光光谱法测定压电材料结构相变的方法作进一步说明，本实施方式中，步骤一中，烧结温度在1300℃～1400℃，烧结持续2–4h。
具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式一所述的荧光光谱法测定压电材料结构相变的方法作进一步说明，本实施方式中，步骤二中，光源波长为465nm，步骤三中，从该强度积分中分别提取585nm～602nm波长区间的荧光强度作为稀土离子的磁偶极跃迁强度，提取605nm～630nm波长区间的荧光强度作为稀土离子的电偶极跃迁强度。
具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式一所述的荧光光谱法测定压电材料结构相变的方法作进一步说明，本实施方式中，步骤二中，光源激发和收集发射谱信息均使用型号为fluoromax-4的高灵敏一体式紧凑型荧光光谱仪实现。
具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式一所述的荧光光谱法测定压电材料结构相变的方法作进一步说明，本实施方式中，步骤二中，外加场为外加温度场或外加电场，
当采用外加温度场时，得到的是压电材料的温度结构相变信息；
当采用外加电场时，得到的是压电材料的电致结构相变信息。