專利名稱：溶膠－凝膠制備量子順電EuTiO的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溶膠-凝膠(Sol-Gel)制備量子順電EuTiO3(ETO)薄膜材料的方法，是一種通過勻膠機在鈦酸鍶基片上旋涂一層銪(Eu)和鈦(Ti)的溶膠，并通過控制溶膠摩爾濃度、旋涂時間和轉(zhuǎn)速控制薄膜厚度，最后經(jīng)過高溫煅燒和氫氣氛下退火處理制備EuTiO3薄膜的新方法。
背景技術(shù)：
與通常RTiO3(R為稀土元素)材料中R3+不同，EuTiO3材料中Eu通常為+2價，中子衍射研究表明EuTiO3有一種G-型反鐵磁結(jié)構(gòu)，X射線吸收邊結(jié)構(gòu)，介電測試表明EuTiO3是一種初級鐵電體材料，由此引起人們的關(guān)注。最近，日本T.Katsufuji等人[Katsufuji T.；Tokura，Y.Phys.Rev.B 1999，60，15021和Katsufuji，T.；Mori，S.；Masaki，M.；Moritomo，Y.；Yamamoto，N.；Takagi，H.Phys.Rev.B2001，64，104419及Katsufuji T.；Takagi，H.Phys.Rev.B 2001，64，054415]在氬氣氛條件下通過浮區(qū)法制備了EuTiO3及La、Gd等摻雜的EuTiO3晶體，并發(fā)現(xiàn)其介電常數(shù)在5.5K左右顯著增大，這表明在此條件下出現(xiàn)一種磁相互作用。另外，他們還研究了雜質(zhì)元素的添加(La，Dy等)的影響，例如La摻雜可使其由鐵磁相轉(zhuǎn)變?yōu)榉磋F磁相。美國Cornell大學(xué)的H.H Wang等人最近也進行了這方面的研究[Wang，H.H.；Fleet，A.；Dale，D.；Suzuki，Y.；Brock，J.D.J.Appl.Phys.2004，96，5324.]，并采用脈沖激光沉積(pulsed laser deposition，簡稱PLD)在鈦酸鍶(SrTiO3，或STO)上沉積了一層20納米厚的EuTiO3薄膜，其靶材為反復(fù)高溫固相反應(yīng)合成的EuTiO3陶瓷壓片。以上無論是制備EuTiO3塊材還是薄膜的方法都涉及一個高于1500℃高溫合成過程，同時由于需要通入氫氣氛，給實驗增加了難度和危險性，從H.H Wang報道看，其采用PLD方法制備的EuTiO3薄膜單結(jié)晶性和取向性都不好，質(zhì)量有待提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種溶膠-凝膠制備量子順電EuTiO3薄膜的新方法，無需昂貴的實驗設(shè)備和復(fù)雜的工藝步驟，可實現(xiàn)在鈦酸鍶等單晶體基片上按照特定的取向外延生長一層厚度可達幾十至幾百微米的EuTiO3薄膜。
為了實現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明采用銪(Eu)和鈦(Ti)溶膠作前驅(qū)體，以降低體系的反應(yīng)溫度，通過(100)面取向精密拋光的鈦酸鍶單晶體基片作襯底材料，用一臺簡單的勻膠機旋涂一層EuTiO3的溶膠，并通過控制溶膠摩爾濃度、旋涂時間和轉(zhuǎn)速控制薄膜厚度，最后經(jīng)過高溫煅燒和氫氣氛下退火處理制備EuTiO3薄膜。本發(fā)明首先是通過化學(xué)方法制備一定濃度的EuTiO3有機溶膠液，然后利用該溶膠液在鈦酸鍶襯底基片上均勻地旋涂上一定厚度的溶膠，再通過加熱使其由溶膠轉(zhuǎn)變?yōu)槟z—無定型態(tài)-Eu2Ti2O7相，最后通過氫氣條件下退火處理得到EuTiO3相薄膜。
本發(fā)明采用溶膠—凝膠法制備量子順電EuTiO3薄膜的具體操作如下1.以硝酸銪和鈦酸四丁酯為主要原料，制備EuTiO3溶膠首先量取乙二醇甲醚倒入燒杯，再按照Eu∶Ti＝1∶1摩爾比加入硝酸銪和鈦酸四丁酯，使Eu和Ti摩爾濃度為0.5～1mol/L，并加入醋酸，調(diào)節(jié)其PH值約為4～5，滴加1～2％體積比的乙酰丙酮作穩(wěn)定劑，然后加入5～10％體積比的水并水浴加熱2～4小時，最后過濾即可制備得EuTiO3溶膠，靜置幾天備旋涂用。
2.用勻膠機將上述配好的EuTiO3溶膠旋涂在鈦酸鍶單晶體襯底基片上旋涂時間為30～60秒，旋轉(zhuǎn)速度為1500～4000轉(zhuǎn)/分鐘(rpm)。
3.將旋涂好溶膠的基片放入熱臺上，緩慢升溫至80～100℃進行10～30分鐘的凝膠化處理，再將得到的凝膠薄膜放入高溫爐中，緩慢升溫至450℃進行揮發(fā)有機成分焙燒處理30～60分鐘，得到僅含有Eu、Ti和氧的中間產(chǎn)物薄膜。
4.最后將焙燒后的中間產(chǎn)物薄膜通過兩步工藝在1000℃煅燒4～8小時，得到Eu2Ti2O7相薄膜，再將其在1050℃條件下氫氣中脫氧處理2小時便得到最終的EuTiO3/SrTiO3薄膜；或者通過一步工藝直接將焙燒后的中間產(chǎn)物薄膜在1050～1100℃條件下氫氣中脫氧處理4～8小時便得到單一相的EuTiO3/SrTiO3薄膜。
本發(fā)明采用鈦酸鍶基片作襯底溶膠—凝膠制備EuTiO3膜材料主要有以下三個優(yōu)點設(shè)備簡單，成本費用低，尤其是通過溶膠方法可以大大降低EuTiO3材料的燒結(jié)成相溫度，其工藝比較好控制，是溶膠凝膠方法在EuTiO3薄膜材料制備方面的首次應(yīng)用，通過該方法可以快速獲得大面積、成分和物性均一的EuTiO3膜材料，并通過單晶襯底可控制EuTiO3膜的取向生長，優(yōu)化其性能。
具體實施例方式
以下結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步描述。
實施例11、EuTiO3溶膠的配制首先量取乙二醇甲醚15ml，再精確移取鈦酸四丁酯4.90ml，稱量含無水Eu(NO3)35.04g，并依次加入醋酸1.5ml，乙酰丙酮0.3ml，水1ml，然后水浴加熱2小時，最后過濾得到EuTiO3溶膠，并靜置幾天備用；2、用勻膠機將上述配好的EuTiO3溶膠旋涂在SrTiO3單晶體襯底基片上旋涂時間為60秒，旋轉(zhuǎn)速度為4000轉(zhuǎn)/分鐘(rpm)；3、將旋涂好溶膠的基片放入熱臺上，30分鐘升溫至100℃進行10min的凝膠化處理，并將得到的凝膠薄膜/基片放入高溫爐中，60分鐘升溫至450℃進行揮發(fā)有機成分焙燒處理60分鐘；4、最后將焙燒后的中間產(chǎn)物薄膜通過兩步工藝120分鐘升溫至1000℃，保溫煅燒4小時，得到Eu2Ti2O7相薄膜；再將其在置于氫氣中，4小時升溫至1050℃脫氧處理2小時便得到最終的EuTiO3/SrTiO3薄膜。
實施例21、EuTiO3溶膠的配制首先量取乙二醇甲醚25ml，再精確移取鈦酸四丁酯4.90ml，稱量含無水Eu(NO3)35.04g，并依次加入醋酸2ml，乙酰丙酮0.3ml，水1ml，然后水浴加熱2小時，最后過濾得到EuTiO3溶膠，并靜置幾天備用；2、用勻膠機將上述配好的EuTiO3溶膠旋涂在SrTiO3單晶體襯底基片上旋涂時間為30秒，旋轉(zhuǎn)速度為1500轉(zhuǎn)/分鐘(rpm)；3、將旋涂好溶膠的基片放入熱臺上，120分鐘升溫至升溫至80℃進行30min的凝膠化處理，并將得到的凝膠薄膜放入高溫爐中，120分鐘升溫至450℃進行揮發(fā)有機成分焙燒處理30分鐘；4、最后通過一步工藝直接將焙燒后的中間產(chǎn)物薄膜4小時升溫至1050℃，在氫氣中直接脫氧處理4小時便得到單一相的EuTiO3/SrTiO3薄膜。
權(quán)利要求
1.一種溶膠-凝膠制備量子順電EuTiO3薄膜的方法，其特征在于包括如下步驟1)量取乙二醇甲醚倒入燒杯，再按照Eu∶Ti＝1∶1摩爾比加入硝酸銪和鈦酸四丁酯，使Eu和Ti摩爾濃度為0.5～1mol/L，并加入醋酸，調(diào)節(jié)其PH值為4～5，滴加1～2％體積比的乙酰丙酮作穩(wěn)定劑，然后加入5～10％體積比的水并水浴加熱2～4小時，過濾后得EuTiO3溶膠，靜置幾天備用；2)用勻膠機將上述配好的EuTiO3溶膠旋涂在SrTiO3單晶體襯底基片上，旋涂時間為30～60秒，旋轉(zhuǎn)速度為1500～4000轉(zhuǎn)/分鐘；3)將旋涂好溶膠的基片放入熱臺上，緩慢升溫至80～100℃進行10～30分鐘的凝膠化處理，再將得到的凝膠薄膜放入高溫爐中，緩慢升溫至450℃進行揮發(fā)有機成分焙燒處理30～60分鐘，得到僅含有Eu、Ti和氧的中間產(chǎn)物薄膜；4)最后將焙燒后的中間產(chǎn)物薄膜通過兩步工藝在1000℃煅燒4～8小時，得到Eu2Ti2O7相薄膜，再將其在1050℃條件下氫氣中脫氧處理2小時便得到最終的EuTiO3/SrTiO3薄膜；或者通過一步工藝直接將焙燒后的中間產(chǎn)物薄膜在1050～1100℃條件下氫氣中脫氧處理4～8小時便得到單一相的EuTiO3/SrTiO3薄膜。
全文摘要
一種溶膠－凝膠制備量子順電EuTiO
文檔編號C04B35/462GK1693281SQ20051002507
公開日2005年11月9日 申請日期2005年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月14日
發(fā)明者曾新華, 姚忻 申請人:上海交通大學(xué)