通过Er3+掺杂在Bi4Ti3O12陶瓷中实现压电增强和温度传感的双重功能

Er3?掺杂优化了Bi4Ti3O12陶瓷的压电性能（d33=36 pC/N）和居里温度（657°C），同时通过荧光强度比（FIR）技术实现173-773 K宽温区光学测温，形成振动与温度双重监测系统，适用于极端环境原位检测。

　　

摘要

多功能传感材料在受限空间中的应用可以大大降低传感系统的复杂性。层状结构的铋基铁电体Bi₄Ti₃O₁₂（BIT）有望同时具备压电振动监测和温度检测的双重功能，适用于喷气发动机和核反应堆等场景。开发的Bi_4–xEr_{xTi2.98(W/Nb)0.01O12（BNWT:xEr，其中x=0、0.01、0.03、0.05和0.1）陶瓷具有最佳的压电系数d33（36 pC N^?1）和较高的居里温度（657°C）。Er³⁺掺杂能够显著提升BNWT:xEr的压电和铁电性能，同时不降低其居里温度。Er³⁺的引入有效减少了氧空位的产生，并降低了晶格常数a、b和c之间的差异。BNWT:0.03Er材料中压电性能的提升与氧空位浓度的降低及晶格结构的正交畸变有关。更重要的是，Er³⁺的掺入使该陶瓷在宽温度范围（173–773 K）内具备光学温度传感功能，通过荧光强度比（FIR）技术实现温度变化检测，其发光颜色的变化有助于实现高温预警。Er³⁺掺杂所实现的压电振动监测与光学温度传感双重功能为极端环境下的原位状态监测提供了一种新型的集成解决方案。}

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。