Eu3+掺杂SrBi2M2O9(M=Ta, Nb)多功能铁电体的光致发光的性能与表征(2)
因为稀土元素的最外层电子构型基本相同，易在化学反应中失去三个电子，从而成为+3 价的离子，比一般金属都来得更为活泼。还有一些稀土元素失去电子后还能被还原，例如 Eu、Yb 原子。还有一些稀土元素还能进一步被氧化成为+4 价，例如 Tb、Ce。正是因为稀土元素有如此丰富的价态变化，使得稀土元素具有一般元素所无法比拟的光谱学性质，使稀土成为新材料研究与开发领域的热门话题。
某一固体化合物受到光子、带电粒子、电场或电离辐射的激发，会发生能量的吸收、储存、传递和转换过程。发光是物体不经过热阶段而将其内部已某种方式吸收的能量直接转化为非平衡辐射的现象。如果激发能量的转换为可见光区的电磁辐射，这个物理过程成为固体的发光。世界上有许多的发光物质，包括天然的矿物和人工合成的化合物，人工合成的发光材料已广泛应用于照明、显示和检测。发光材料是由基质（作为材料主题的化合物）和激活剂（少量作为发光中心的掺杂离子）所组成，在一些材料中还掺入另一种杂质离子来改善发光性能。发光是一种宏观现象，但它的晶体内部的缺陷、能带结构、能量传递、载流子迁移等微观性质和过程密切相关。
稀土元素发光的机理是基于其电子层上f-f或f-d层电子跃迁而发射出的能量。具有为充满的4f壳层的稀土原子或离子，其光谱大约有30000条可观察到的谱线，它们可以发射从可见光、红外光区、紫外光到的各种波长的电磁辐射。稀土离子丰富的能级和4f电子跃迁的特性，使稀土发光材料成为巨大的宝库，从中可以发掘出更多新型的发光材料。
本篇论文主要集中于一种新型多功能稀土铁电体陶瓷—SrBi2M2O9(M=Ta, Nb)的光致发光特性，该种陶瓷具有典型的CaTiO3陶瓷结构，是一种多功能铁电体陶瓷，当存在其它稀土离子充当激发剂掺杂到这种陶瓷晶体结构中去时可以测试到这种材料所发出的不同波长的光波。
1.2 SrBi2M2O9(M=Ta, Nb)多功能铁电体结构分析
1.2.1钙钛矿结构
钙钛矿结构通常具有ABO3的晶体结构，如图1.1。其中A为半径较大的离子，位于由8个BO6构成的中正八面体中间空隙中，每个A离子与12个氧配位，B为半径较小的离子，位于阳离子组成的正八面体的间隙中，每个B离子与6个氧配位。图1.2为具有典型钙钛矿结构的SrTiO3 (铁酸锶)晶体结构示意图。Sr离子与12个氧配位，Ti离子与6个氧配位。图为理想的立方结构，实际上在许多ABO3型化合物中理想的立方结构都有不同程度的扭转，成为低对称性的四方晶系、斜方晶系等结构。
![钙钛矿晶体结构示意图[1]图1.2 SrTiO3晶体结构示意图](/uploads/allimg/190629/1-1Z62913352H44.png)
图1.1 钙钛矿晶体结构示意图[1]图1.2 SrTiO3晶体结构示意图[1]
1.2.2 钙钛矿型层状化合物
钙钛矿型层状化合物由含有钙钛矿结构的二文层板与交互存在于层板间的阳离子或阳离子结构单元构成，是一种具有代表性的阳离子交换型层状化合物其中钙钛矿层板的一般公式为An-1BnO3n+1。在这个公式中，n代表二文层板的尺寸，n=l表示层板具有一个BO6正八面体的厚度，n=2表示层板为两个BO6正八面体的厚度，以此类推。
不同类型的钙钛矿型层状化合物一般由以下两点的不同加以区别：（1）层板间的阳离子或阳离子结构单元；(2)层板间的位移。由此，将钙钛矿型层状化合物分为三个系列:Dion-Jacobson、Ruddleson-Popper 和 Aurivillius[1-6]。如图 1.3。
图1.3 钙钛矿层状化合物结构示意图[1]
D-J相化合物的公式为M [An-lBnO3n+l]，M表示钙钛矿层板间有一层碱属离子；R-P相的公式为M2[An-lBnO3n+l]，M2表示钙钛矿层板间的阳离子密度两倍于D-J相的层板间离子密度；AU相的公式可以表示为{Bi2O2}-{An-1BnO3n+1}，代表性化合物Bi3TiNbO9(n=2)，以{Bi2O2}- Bi(Ti, Nb)2O7的结构存在，其中Bi在A的位置，Ti和Nb统计学分散在B的位置，铋的氧化物[Bi2O2]2+存在于层板间。
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