Pr3+摻雜KxNa1-xNbO3（KxNa1-xNbO3:Pr3+）陶瓷粉末

鈮酸鉀鈉（KNN）基陶瓷被認為是有望替代傳統鉛基壓電材料的一種無鉛壓電材料。在KNN陶瓷中，通過改變Na+/K+比，NaNbO3和KNbO3可以形成無限固溶體KxNa1-xNbO3。其壓電性能顯著取決于Na+/K+比，當x = 0.5時具有高壓電響應和高居里溫度。

稀土摻雜的KNN鐵電材料基于其光致變色特性（PC）顯示出**的可逆的光致變色特性而備受關注。由于高溫燒結條件下K+和Na+離子的大量揮發，Er3+摻雜的KxNa1-xNbO3陶瓷基于其光致變色行為可以實現**的上轉換發光可逆調制。除此之外，人們還巧妙地利用了鈮酸鹽和Pr3+離子獨特的缺陷能級，在Pr3+摻雜的NaNbO3中發現出了良好的熱釋光和應力發光現象。然而，在NaNbO3中卻沒有觀察到明顯的光致變色能力。因此，如果能夠在同一種材料中實現這些多功能的光學特性，將**拓寬了稀土摻雜鐵電材料的應用，在傳統的壓電器件之外的光電存儲、光電開關等領域都具有發展潛力。

通過解析K0.5Na0.5NbO3中的光致變色特性以及NaNbO3：Pr3+中的熱釋光特性，然后采用傳統固相法燒結制備了一系列Pr3+摻雜KxNa1-xNbO3（KxNa1-xNbO3:Pr3+）陶瓷。該團隊首次在同一種材料（KxNa1-xNbO3:Pr3+）中實現了光致發光、光致變色、熱釋光和發光可逆調制的多功能光學特性。另一方面，考慮到K+/Na+在高溫燒結過程中極易揮發，不同的K+/Na+比對KNN陶瓷的壓電性能和化學成分穩定性的影響**重要。因此，還進一步研究了K+/Na+比對KxNa1-xNbO3: Pr3+陶瓷光學性能的影響。

相比于KxNa1-xNbO3:Pr3+，NaNbO3陶瓷中沒有明顯的光致變色效應，因此作者提出，光致變色效應是由K+引起的，而不是RE3+和Na+。K+、Na+的蒸發會形成相應的鉀/鈉空位，于此同時，為了保持電荷的平衡也會產生相應的氧空位。光照條件下，氧空位和鉀空位就會分別捕獲光生電子和空穴，形成色心，并且在熱刺激的條件下重新釋放。另外，發射帶和吸收帶的重疊，為光致發光中心能量轉移到色心創造了條件，從而實現光致發光調制。熱釋光的產生，則是由于365 nm光照射時，基質吸收光子能量，轉移到Pr3+，轉變為Pr-O-Nb IVCT，IVCT的電子被Pr'Na/K缺陷捕獲，在熱刺激下通過兩種**通道弛豫，產生紅光發射。

總而言之，KxNa1-xNbO3:Pr3+陶瓷的光致變色、光致發光以及熱釋光等多功能光學特性與K+含量緊密相關

小編zhn2021.08.04