本發(fā)明涉及一種可逆且熒光可控的光致變色壓電材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

自從1973年德布首次報(bào)道了過(guò)渡金屬氧化物氧化鎢具有光致變色性質(zhì)以來(lái)，以過(guò)渡金屬氧化物為代表的無(wú)機(jī)光致變色材料在高內(nèi)存信息顯示裝置，光轉(zhuǎn)換材料和器件等領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣泛，越來(lái)越多的科研工作者致力于對(duì)高效的固態(tài)光致變色材料的發(fā)展與研究。無(wú)機(jī)光致變色材料主要集中在過(guò)渡金屬氧化物，多金屬氧酸鹽，堿金屬鹵化物等體系。與電致變色材料相比，無(wú)機(jī)光致變色材料不需要應(yīng)用外部電場(chǎng)來(lái)調(diào)控變色現(xiàn)象，而且可以依靠可見(jiàn)光輻照調(diào)控顏色改變來(lái)取代外部電場(chǎng)。另一方面，與有機(jī)光致變色材料相比，具有熱穩(wěn)定性高、變色持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、抗氧化性強(qiáng)，受環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。所以無(wú)機(jī)光致變色材料在許多領(lǐng)域比有機(jī)光致變色材料的應(yīng)用更廣泛。例如無(wú)機(jī)光致變色材料可應(yīng)用于玻璃材料、晶體材料、復(fù)合薄膜、納米材料等領(lǐng)域。

現(xiàn)代材料科學(xué)與信息技術(shù)的發(fā)展表明，集成化、低維化、智能化是現(xiàn)代材料發(fā)展的趨勢(shì)和信息技術(shù)發(fā)展的迫切需要。所以通過(guò)不同結(jié)構(gòu)、不同組成、不同功能的結(jié)合，可以使材料的基本特性得到互補(bǔ)、優(yōu)化和協(xié)同增強(qiáng)，發(fā)現(xiàn)新概念，產(chǎn)生新功能，形成新材料。因此光致變色壓電多功能材料具有相當(dāng)可觀的科學(xué)研究?jī)r(jià)值和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。例如在實(shí)際的信息存儲(chǔ)過(guò)程中，為了避免信息的“寫(xiě)入”，“讀取”以及“擦除”之間的干擾和破壞，添加有熒光效應(yīng)的鑭系稀土離子能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)破壞性讀出。

壓電材料，由于其獨(dú)特的壓電效應(yīng)，電光效應(yīng)，熱釋電效應(yīng)和非線性光學(xué)效應(yīng)，廣泛的應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)器，傳感器，全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和光波長(zhǎng)變換等器件中。因此，通過(guò)兩種或者多種功能材料的有效結(jié)合制備的綠色環(huán)保的多功能材料極大順應(yīng)了元器件小型化和智能化的科技發(fā)展的新時(shí)代潮流。本專(zhuān)利涉及一種獨(dú)特的具有壓電特性的新型環(huán)保無(wú)機(jī)光致變色材料：具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的堿式鈮酸鹽((na0.52k0.48)0.92li0.08nbo3)，以鑭系離子作為發(fā)光中心的激活劑或敏化劑的單摻(ho³⁺)或共摻雜(ho³⁺和yb³⁺)，有效的調(diào)制材料的光致發(fā)光，光致變色和壓電性質(zhì)，應(yīng)用在超高密度光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和光調(diào)制器中?；谝陨系臉?gòu)想，結(jié)合課題組的調(diào)研數(shù)據(jù)，至今為止在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的壓電材料光致變色特性方面的研究和報(bào)道并未出現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種可逆且熒光可控的光致變色壓電材料。

本發(fā)明的可逆且熒光可控的光致變色壓電材料，其化學(xué)式組成為(na0.52k0.48)(0.92-x-y)li0.08hoxybynbo3；其中，0≤x≤0.02，0≤y≤0.08。

本發(fā)明的可逆且熒光可控的光致變色壓電材料，在可見(jiàn)光輻照下(400nm～500nm)，(na0.52k0.48)(0.92-x-y)li0.08hoxybynbo3材料由原來(lái)的綠色轉(zhuǎn)變成深灰色，在200℃～300℃熱處理1min～20min條件下，材料的顏色可以發(fā)生可逆轉(zhuǎn)變；(na0.52k0.48)(0.92-x)li0.08hoxnbo3材料的熒光強(qiáng)度隨可見(jiàn)光輻照時(shí)間的進(jìn)行調(diào)節(jié)，發(fā)光強(qiáng)度發(fā)生明顯的改變，最大調(diào)控程度達(dá)到77％。(na0.52k0.48)(0.915-y)li0.08ho0.005ybynbo3材料的熒光強(qiáng)度隨可見(jiàn)光輻照時(shí)間的進(jìn)行調(diào)節(jié)，發(fā)光強(qiáng)度發(fā)生明顯的改變，最大調(diào)控程度達(dá)到78％。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出所述的可逆且熒光可控的光致變色壓電材料的制備方法。

所述的可逆且熒光可控的光致變色壓電材料的制備方法，包括如下步驟：s101：按照化學(xué)計(jì)量比稱(chēng)取na2co3、k2co3、li2co3、nb2o5、ho2o3和yb2o3；s102：將步驟s101中稱(chēng)取的原料按照質(zhì)量比為原料：鋯球：乙醇為1：(1.8～2.2)：(2.8～3.2)放入球磨罐中球磨22h～26h，然后干燥；s103：將所述步驟s102得到的物料在2℃/min～5℃/min的升溫速率下加熱至730℃～780℃，預(yù)燒5h～8h，然后在2℃/min～5℃/min的升溫速率下加熱至290℃～310℃，再冷卻至室溫；s104：將所述步驟s103得到的產(chǎn)物冷卻至室溫并研磨成粉末，然后將其加入球磨罐中球磨22h～26h，然后干燥；s105：用聚乙烯醇對(duì)所述步驟s104的產(chǎn)物進(jìn)行造粒，并通過(guò)成型模具將其壓制成陶瓷生坯片；s106：將所述陶瓷生坯片經(jīng)過(guò)排粘處理后，在2℃/min～5℃/min的升溫速率下加熱至1000℃～1100℃并保溫1h～3h，得到可逆且熒光可控的光致變色壓電材料。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的可逆且熒光可控的光致變色壓電材料的制備方法，還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

進(jìn)一步地，在所述步驟s102中，所述球磨罐的材料為聚四氟乙烯。

進(jìn)一步地，在所述步驟s102中，干燥的溫度為95℃～105℃；在所述步驟s104中，干燥的溫度為95℃～105℃。

進(jìn)一步地，在所述步驟s105中，所述聚乙烯醇的質(zhì)量百分含量為8wt.％～10wt.％。

進(jìn)一步地，在所述步驟s105中，造粒的壓力為10mpa～100mpa。

進(jìn)一步地，在所述步驟s106中，排粘溫度為540℃～560℃。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

圖1是所述可逆且熒光可控的光致變色壓電材料樣品的表面顯微形貌圖；

圖2是所述可逆且熒光可控的光致變色壓電材料在可見(jiàn)光輻照前后的圖片；

圖3是所述可逆且熒光可控的光致變色壓電材料在可見(jiàn)光輻照前后的發(fā)射光譜譜圖的變化；

圖4是所述可逆且熒光可控的光致變色壓電材料在可見(jiàn)光輻照前后的發(fā)射光譜譜圖的變化。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

實(shí)施例1

實(shí)施例1提出了一種可逆且熒光可控的光致變色壓電材料，其化學(xué)式組成為(na0.52k0.48)0.905li0.08ho0.005yb0.01nbo3；其中，x＝0.005，y＝0.01。

實(shí)施例1的可逆且熒光可控的光致變色壓電材料的制備方法包括如下步驟：

(1)按照化學(xué)計(jì)量比，稱(chēng)取原料2.5065gna2co3、3.0323gk2co3、0.2986gli2co3、13.3573gnb2o5、0.0946gho2o3和0.1972gyb2o3。

(2)按照質(zhì)量比為原料：鋯球：乙醇為1：2：3放入聚四氟乙烯球磨罐中球磨24h，球磨后原料置于100℃溫度下烘干，獲得(na0.52k0.48)0.905li0.08ho0.005yb0.01nbo3粉體。

(3)將所述步驟(2)得到的物料在3℃/min的升溫速率下加熱至750℃，預(yù)燒6h，然后在3℃/min的升溫速率下加熱至300℃，再冷卻至室溫。

(4)將所述步驟(3)得到的產(chǎn)物冷卻至室溫并研磨成粉末，然后將其加入球磨罐中球磨24h，然后在100℃溫度下干燥。

(5)用質(zhì)量百分含量為8wt.％的聚乙烯醇對(duì)所述步驟(4)的產(chǎn)物進(jìn)行造粒，干法壓制成直徑生坯片，并通過(guò)成型模具將其壓制成陶瓷生坯片。

(6)將所述陶瓷生坯片經(jīng)過(guò)壓力為50mpa的排粘處理后，在3℃/min的升溫速率下加熱至1050℃并保溫2h，得到可逆且熒光可控的光致變色壓電材料。

實(shí)施例2

實(shí)施例2提出了一種可逆且熒光可控的光致變色壓電材料，其化學(xué)式組成為(na0.52k0.48)0.895li0.08ho0.005yb0.02nbo3；其中，x＝0.005，y＝0.02。

實(shí)施例2的可逆且熒光可控的光致變色壓電材料的制備方法，按照化學(xué)計(jì)量比稱(chēng)取原料na2co3、k2co3、li2co3、nb2o5、ho2o3和yb2o3，其余試驗(yàn)條件與實(shí)施例1一致。

實(shí)施例3

實(shí)施例3提出了一種可逆且熒光可控的光致變色壓電材料，其化學(xué)式組成為(na0.52k0.48)0.875li0.08ho0.005yb0.04nbo3；其中，x＝0.005，y＝0.04。

實(shí)施例3的可逆且熒光可控的光致變色壓電材料的制備方法，按照化學(xué)計(jì)量比稱(chēng)取原料na2co3、k2co3、li2co3、nb2o5、ho2o3和yb2o3，其余試驗(yàn)條件與實(shí)施例1一致。

實(shí)施例1-3配方所制得的(na0.52k0.48)(0.92-x)li0.08hoxnbo3陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu)圖片如圖1所示，結(jié)構(gòu)均勻，致密度高。從圖2中可以看出，(na0.52k0.48)(0.92-x)li0.08hoxnbo3材料在輻照前呈現(xiàn)淺綠色，當(dāng)在太陽(yáng)光輻照下，樣品變?yōu)闇\灰色，并且在200-300℃溫度下，淺灰色的樣品又可以恢復(fù)到起始的顏色。在圖3中，(na0.52k0.48)(0.92-x)li0.08hoxnbo3材料隨輻照時(shí)間的增加，熒光發(fā)射的強(qiáng)度逐漸減弱，最大的降低程度達(dá)到77％左右。在圖4中，(na0.52k0.48)(0.915-y)li0.08ho0.005ybynbo3隨輻照時(shí)間的增加，熒光發(fā)射的強(qiáng)度逐漸減弱，最大的降低程度達(dá)到78％左右。

本發(fā)明的可逆且熒光可控的光致變色壓電材料，在可見(jiàn)光輻照下(400nm～500nm)，(na0.52k0.48)(0.92-x-y)li0.08hoxybynbo3材料由原來(lái)的綠色轉(zhuǎn)變成深灰色，在200℃～300℃熱處理1min～20min條件下，材料的顏色可以發(fā)生可逆轉(zhuǎn)變；(na0.52k0.48)(0.92-x)li0.08hoxnbo3材料的熒光強(qiáng)度隨可見(jiàn)光輻照時(shí)間的進(jìn)行調(diào)節(jié)，發(fā)光強(qiáng)度發(fā)生明顯的改變，最大調(diào)控程度達(dá)到77％。(na0.52k0.48)(0.915-y)li0.08ho0.005ybynbo3材料的熒光強(qiáng)度隨可見(jiàn)光輻照時(shí)間的進(jìn)行調(diào)節(jié)，發(fā)光強(qiáng)度發(fā)生明顯的改變，最大調(diào)控程度達(dá)到78％。

在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說(shuō)明書(shū)中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。