J. Am. Ceram. Soc.：Ho摻雜K0.5Na0.5NbO3壓電陶瓷的可逆發光調節機制
【引言】
近年來，基于K0.5Na0.5NbO3（KNN）的壓電體逐漸被認為是替代傳統的Pb（Zr，Ti）O3基材料的最有希望的候選材料之一。一直致力于通過各種方法進一步提高其壓電性能，在這些方法中，離子摻雜（例如金屬離子，過渡金屬離子或鑭系元素離子）被廣泛用于提高其壓電性能。特別是鑭系元素離子摻雜不僅賦予KNN基材料以迷人的光學性能，而且還可以改善其本征的鐵/壓電性質。通過集成發光和鐵電/壓電特性，可以進一步拓展KNN材料作為一種多功能器件的應用領域。
【成果簡介】
近日，來自內蒙古科技大學的研究生張瑤（第一作者），張奇偉副教授（通訊作者）, 孫海勤講師（通訊作者）, 郝喜紅教授等人研究發現，基于光致變色響應的熒光調制行為在Ho3+摻雜（Na0.52K0.48）0.92Li0.08NbO3陶瓷中觀察到，傳統的固態反應方法在可見光照射（407nm）下20秒，樣品由初始的淡綠色變成淺灰色，并通過230℃的熱刺激10分鐘恢復到其原始顏色，顯示出典型的光致變色現象。在453nm激發下，樣品在551nm顯示出強的綠色發射。有趣的是，通過控制光致變色反應過程（照射波長和時間）可以有效地控制其發光強度，發光調制比達到77％。通過交替的可見光照射和熱刺激，在10個循環后△Rt值沒有任何明顯的降解，顯示出優異的可逆性。
【圖文導讀】
圖1 KNLN的XRD圖
不同Ho3+摻雜濃度下KNLN的XRD圖，對于x=0的（ABO）和樣品，觀察到主要的鈣鈦礦相和次要的第二相，隨著Ho含量的增加 （x=0.02）時，出現了一些新的附加衍射峰，這些衍射峰可以指向HoNbO4相（JCPDS No.23-1104）。
圖2： KNLN的四種典型組成的SEM圖
圖2所有樣品都顯示出良好的燒結（淺綠色）和致密的微觀結構（圖2的插圖）。所有樣品清楚地觀察到具有清晰邊界的矩形晶粒。隨著Ho摻雜量的增加，晶粒尺寸逐漸從6.33 μm下降到2.34 μm。這表明Ho摻雜對晶粒尺寸有明顯的影響晶粒生長的抑制可以歸因于Ho摻雜導致的燒結過程中晶粒之間的擴散系數的降低，如在PZT基陶瓷中觀察到的。
圖3 各元素映射圖
由上圖可知制備的物質各元素處于均勻分布的狀態
圖4：光致發光激發（PLE）和KNLN：xHo3+樣品的發射（PL）光譜
在453nm激發下，強烈的綠色發射和弱紅色發射帶， 隨著Ho3+濃度的增加，綠色發射強度逐漸增大，x = 0.005時達到最大值，如圖4插圖所示，由于濃度猝滅效應，較高的摻雜濃度導致顯著的下降。
圖5：樣品的漫反射光譜以及吸收光譜變化
(a):KNLN：不同Ho含量陶瓷樣品的漫反射光譜圖；
(b):在407nm光照射之前和之后的KNLN：xHo樣品的漫反射光譜圖；
(c):不同Ho含量的吸收量變化；
(d):KNLN：xHo陶瓷樣品照射前后變化。
圖6：在407nm光照射之前和之后，Ho含量x=0.005的樣品的拉曼光譜變化
被捕獲的電子將導致拉曼散射的減小，根據Placzek理論由于振動極化率的變化引起的峰值強度。
圖7：樣品的光譜圖
（a）在407nm照射之前和之后KNLN：0.005Ho樣品的PL光譜變化；
（b）隨著照射時間的x = 0.005，樣品的PL光譜變化；
（c）Ho濃度函數；
（d）在不同照射波長下作為照射時間的函數的發光切換對比度。
圖8：通過交替407nm光輻射和10次循環下的熱刺激對4種典型陶瓷樣品的發光開關對比
圖8示出了通過交替407nm光照（LD，200mW）和熱刺激（230℃10分鐘）的四個
