[发明专利]一种光介电铁电陶瓷材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于陶瓷材料技术领域，特别涉及一种光介电铁电陶瓷材料及其制备方法和应用。本发明提供了一种光介电铁电陶瓷材料，所述光介电铁电陶瓷材料的化学通式为(1‑x)(K_0.5Na_0.5)NbO₃‑xA(M_yNb_1‑y)O_3‑δ，x为0.005～0.10，y为0.01～0.5；A为AII族元素中的一种或多种，M为过渡金属元素中的一种或多种。本发明通过过渡金属的引入降低(K_0.5Na_0.5)NbO₃材料的带隙，实现半导化，从而使光介电铁电陶瓷材料具有高的光介电调谐率，使光介电铁电陶瓷材料的介电常数在光激励时产生改变，实现光对光介电铁电陶瓷材料介电性能的非接触式调控。

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，特别涉及一种光介电铁电陶瓷材料及其制备方法和应用。

背景技术

介电性是指在外电场作用下，不导电的物体，即电介质，在紧靠带电体的一端会出现异号的过剩电荷，另一端则出现同号的过剩电荷，这种在电场作用下，表现出对静电能的储蓄和损耗的性质，通常用介电常数和介质损耗来表示。光照会引起一些电介质介电性的改变，例如硫化物、氧化物的半导体材料以及填充式鳞石英型结构的Mott绝缘体BaCoSiO₄在光照下介电常数会发生变化，通常称此类材料为光介电材料。

在一些电介质晶体中，晶胞的结构使正负电荷中心不重合而出现电偶极矩，产生不等于零的电极化强度，使晶体具有自发极化，且电偶极矩方向可以因外电场而改变，呈现出类似于铁磁体的特点，晶体的这种性质叫铁电性。铁电材料是指具有铁电效应的一类材料。

一些铁电材料具有光介电性能，例如2018年Nature Photonics报道了BaTiO₃单晶在光激发后的介电常数大幅度降低；同年，报道在0.88BNT-0.12BT材料中引入Ba(Ti_0.5Ni_0.5)O_3–δ组分，掺杂及外场作用产生载流子从而实现半导化，形成了铁电半导体。目前，具有光介电性能的铁电材料铌酸钾钠(KNN)和钛酸铋钠(BNT)陶瓷在铁电、压电、热释电、储能、介电等物理性能上引起了广泛的关注和研究，但是，铌酸钾钠(KNN)和钛酸铋钠(BNT)陶瓷在光激励时的介电可调性偏低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光介电铁电陶瓷材料及其制备方法，本发明提供的陶瓷材料在具有铁电性能的同时，可以实现光对介电性能的非接触式调控，并且具有较高的调控能力。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种光介电铁电陶瓷材料，所述光介电铁电陶瓷材料的化学通式为(1-x)(K_0.5Na_0.5)NbO₃-xA(M_yNb_1-y)O_3-δ，x为0.005～0.10，y为0.01～0.5；

A为AII族元素中的一种或多种，M为过渡金属元素中的一种或多种。

优选的，所述A包括Ca、Ba和Sr中的一种或多种。

优选的，所述M包括Mn、Ni、Co、Mo、Fe和Cr中的一种或多种。

优选的，所述光介电铁电陶瓷材料的化学通式为：

0.97(K_0.5Na_0.5)NbO₃-0.03Ca(Ni_0.5Nb_0.5)O_3-δ、