High-entropy (La0.2Dy0.2Er0.2Yb0.2Y0.2)2Zr2O7 oxide, a potential thermal barrier coating material with photoluminescence property sensitive to pressure

材料科学 热障涂层 光致发光 热膨胀 氧化钇稳定氧化锆 氧化物 分析化学(期刊) 激发态 涂层 复合材料 光电子学 冶金 原子物理学 陶瓷 立方氧化锆 化学 物理 色谱法
作者
Mingrun Du,Yuhan Xiao,Xuelian Yang,Yu Ma,Yingdong Han,Zepeng Li,Tong Wei,Yunling Zou
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier BV]
卷期号:50 (5): 8010-8016 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2023.12.129
摘要

In this work, high-entropy (La0.2Dy0.2Er0.2Yb0.2Y0.2)2Zr2O7 oxide (RZHEO-1600) has been synthesized by using a simple solid-state reaction method and investigated as a promising thermal barrier coating (TBC) material with potential optical pressure sensing application. Compared to oxide-yttria stabilized zirconium (YSZ) and single component zirconates, RZHEO-1600 exhibits excellent thermal stability at 1600 °C and a larger thermal expand coefficient 13.5 × 10−6 K−1 due to the high entropy effect. Its thermal conductivity (1.23–1.41 W m−1 K−1) and Vickers hardness (10 GPa) are lower than YSZ, while its fracture toughness (2.9 MPa m1/2) is much larger. The photoluminescence (PL) emissions of RZHEO-1600 excited by 514 nm laser are assigned to 4S3/2 → 4I15/2 and 4F9/2 → 4I15/2 transitions of Er3+ ions. The centre positions of emission peaks initially at 560 and 677 nm are sensitive to pressure, which red shift linearly with pressure coefficients of 0.178 nm/GPa (−5.650 cm−1/GPa) and 0.223 nm/GPa (−4.932 cm−1/GPa), respectively. Interestingly, the PL intensity ratios I677/I658 and I560/I547 are found to be pressure sensitive, which continuously increase during the compression. The findings of this study could serve as a new guide for the development of novel high-entropy oxide TBC materials with optical sensing applications.
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