J. Am. Ceram. Soc.：Ho掺杂K0.5Na0.5NbO3压电陶瓷的可逆发光调节机制

【引言】

近年来，基于K_0.5Na_0.5NbO₃（KNN）的压电体逐渐被认为是替代传统的Pb（Zr，Ti）O₃基材料的最有希望的候选材料之一。一直致力于通过各种方法进一步提高其压电性能，在这些方法中，离子掺杂（例如金属离子，过渡金属离子或镧系元素离子）被广泛用于提高其压电性能。特别是镧系元素离子掺杂不仅赋予KNN基材料以迷人的光学性能，而且还可以改善其本征的铁/压电性质。通过集成发光和铁电/压电特性，可以进一步拓展KNN材料作为一种多功能器件的应用领域。

【成果简介】

近日，来自内蒙古滚球体育 大学的研究生张瑶（第一作者），张奇伟副教授（通讯作者）, 孙海勤讲师（通讯作者）, 郝喜红教授等人研究发现，基于光致变色响应的荧光调制行为在Ho³⁺掺杂（Na_0.52K_0.48）_0.92Li_0.08NbO₃陶瓷中观察到，传统的固态反应方法在可见光照射（407nm）下20秒，样品由初始的淡绿色变成浅灰色，并通过230℃的热刺激10分钟恢复到其原始颜色，显示出典型的光致变色现象。在453nm激发下，样品在551nm显示出强的绿色发射。有趣的是，通过控制光致变色反应过程（照射波长和时间）可以有效地控制其发光强度，发光调制比达到77％。通过交替的可见光照射和热刺激，在10个循环后△Rt值没有任何明显的降解，显示出优异的可逆性。

【图文导读】

图1KNLN的XRD图

不同Ho³⁺掺杂浓度下KNLN的XRD图，对于x=0的（ABO）和样品，观察到主要的钙钛矿相和次要的第二相，随着Ho含量的增加 （x=0.02）时，出现了一些新的附加衍射峰，这些衍射峰可以指向HoNbO₄相（JCPDS No.23-1104）。

图2：KNLN的四种典型组成的SEM图

图2所有样品都显示出良好的烧结（浅绿色）和致密的微观结构（图2的插图）。所有样品清楚地观察到具有清晰边界的矩形晶粒。随着Ho掺杂量的增加，晶粒尺寸逐渐从6.33 μm下降到2.34 μm。这表明Ho掺杂对晶粒尺寸有明显的影响晶粒生长的抑制可以归因于Ho掺杂导致的烧结过程中晶粒之间的扩散系数的降低，如在PZT基陶瓷中观察到的。

图3各元素映射图

由上图可知制备的物质各元素处于均匀分布的状态

图4：光致发光激发（PLE）和KNLN：xHo³⁺样品的发射（PL）光谱

在453nm激发下，强烈的绿色发射和弱红色发射带， 随着Ho³⁺浓度的增加，绿色发射强度逐渐增大，x = 0.005时达到最大值，如图4插图所示，由于浓度猝灭效应，较高的掺杂浓度导致显着的下降。

图5：样品的漫反射光谱以及吸收光谱变化

(a):KNLN：不同Ho含量陶瓷样品的漫反射光谱图；

(b):在407nm光照射之前和之后的KNLN：xHo样品的漫反射光谱图；

(c):不同Ho含量的吸收量变化；

(d):KNLN：xHo陶瓷样品照射前后变化。

图6：在407nm光照射之前和之后，Ho含量x=0.005的样品的拉曼光谱变化

被捕获的电子将导致拉曼散射的减小，根据Placzek理论由于振动极化率的变化引起的峰值强度。

图7：样品的光谱图

（a）在407nm照射之前和之后KNLN：0.005Ho样品的PL光谱变化；

（b）随着照射时间的x = 0.005，样品的PL光谱变化；

（c）Ho浓度函数；

（d）在不同照射波长下作为照射时间的函数的发光切换对比度。

图8：通过交替407nm光辐射和10次循环下的热刺激对4种典型陶瓷样品的发光开关对比

图8示出了通过交替407nm光照（LD，200mW）和热刺激（230℃10分钟）的四个