專利名稱：一種組合合成鋯鈦酸鉛薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱釋電材料的制備方法，具體涉及一種鋯鈦酸鉛(PZT)薄膜的制備方法，屬于功能陶瓷薄膜領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，在研究和實際應(yīng)用中，熱釋電材料主要可分為單晶材料、高分子有機聚合物、復(fù)合材料和金屬氧化物陶瓷及薄膜材料。在各種材料中，金屬氧化物陶瓷熱釋電材料由于具有制作工藝簡單、成本低廉、性能穩(wěn)定可靠、容易加工、機械性能好、耐電強度高等一系列優(yōu)點，使其在高溫、大面積、大批量、高功率及環(huán)境惡劣的條件下使用顯示了優(yōu)越性。熱釋電陶瓷中最常用的有鈦酸鉛PT、鋯鈦酸鉛PZT和摻雜稀土元素改性的鋯鈦酸鉛陶瓷。鋯鈦酸鉛的鐵電性是在1950年研究各種鈣鈦礦型化合物固溶體性能時發(fā)現(xiàn)的，1952年發(fā)表了它的結(jié)構(gòu)報告，1954年公布了鋯鈦酸鉛固溶體陶瓷壓電性能的研究報告，1974年報道了鑭摻雜改性的PZT陶瓷的熱釋電性能。金屬氧化物薄膜熱釋電材料，體積比熱小，有助于提高熱釋電紅外探測器的響應(yīng)速度、靈敏度和集成度，因此，對薄膜熱釋電材料的研究比陶瓷和單晶更受到重視，在薄膜型熱釋電紅外探測器中熱釋電-鐵電薄膜成為其首選材料。早期被應(yīng)用于熱釋電紅外探測器的薄膜材料是鉛基鈣鈦礦鐵電薄膜材料，如PT、PLT和PZT。現(xiàn)在，摻雜的PZT系列、無鉛氧化物BST及其它、BaTiO3、有機/無機氧化物復(fù)合薄膜等種類廣泛的金屬氧化物薄膜也被用于制作熱釋電材料的研究。隨著功能器件向小型化、集成化方向發(fā)展，薄膜材料制備工藝及其性能的廣泛深入研究，薄膜的熱釋電性能及其在紅外探測器上的應(yīng)用已成為國際上材料研究的熱點之一。目前PZT鐵電薄膜的制備方法有磁控濺射法、金屬有機物化學(xué)氣相沉積法、脈沖激光沉積法和化學(xué)溶液分解法(CSD)等，化學(xué)溶液分解法具有組份計量比控制精確、實驗周期短、成本低和操作簡單等優(yōu)點，而成為PZT薄膜常用的制備方法。在傳統(tǒng)CSD法制備 PZT薄膜過程中，每一前驅(qū)溶液中灶/Ti比例固定，如果需研究不同比例的PZT薄膜，則需制備相應(yīng)數(shù)量的前驅(qū)溶液，實驗過程繁瑣。許多相關(guān)發(fā)明專利，以改進前驅(qū)溶液的配制方法簡化流程，但大多沿用了包含三種金屬鹽的傳統(tǒng)前驅(qū)溶液，流程仍比較繁瑣，在梯度材料的制備中，制備周期長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于彌補現(xiàn)有薄膜熱釋電材料制備方法的不足，提供一種組合合成鋯鈦酸鉛薄膜的方法。實現(xiàn)本發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是一種組合合成鋯鈦酸鉛薄膜的方法，包括以下步驟(1)前驅(qū)溶液的制備稱取摩爾比為1 1的鈦酸正丁酯和三水合醋酸鉛作為原料，以乙酰丙酮作為穩(wěn)定劑；將三水合醋酸鉛用冰乙酸溶解后加入足量乙酰丙酮，得到醋酸鉛溶液C ；向鈦酸正丁酯中加入足量乙酰丙酮，再向其中加入醋酸鉛溶液C，攪拌均勻，然后加入乙二醇乙醚，配成鈦離子濃度為0. 1 0. 2mol/L的混合液A ；稱取摩爾比為1 1的五水合硝酸鋯和三水合醋酸鉛作為原料，以乙酰丙酮作為穩(wěn)定劑；將三水合醋酸鉛用冰乙酸溶解后加入乙酰丙酮，鉛離子與乙酰丙酮的摩爾比為 2 1 2 3，得到醋酸鉛溶液D ；向五水合硝酸鋯中加入去離子水使之溶解，再向其中加入醋酸鉛溶液D，攪拌均勻，然后加入乙二醇乙醚，配成鋯離子濃度為0. 1 0. 2mol/L的混合液B;根據(jù)鋯鈦酸鉛薄膜的化學(xué)式H^rxTihO3，式中0 < χ < 1，按照公式⑴計算的比例，將混合液A與混合液B均勻混合，得到前驅(qū)溶液，
權(quán)利要求
1.一種組合合成鋯鈦酸鉛薄膜的方法，其特征在于包括以下步驟(1)前驅(qū)溶液的制備稱取摩爾比為1 1的鈦酸正丁酯和三水合醋酸鉛作為原料，以乙酰丙酮作為穩(wěn)定劑； 將三水合醋酸鉛用冰乙酸溶解后加入足量乙酰丙酮，得到醋酸鉛溶液C ；向鈦酸正丁酯中加入足量乙酰丙酮，再向其中加入醋酸鉛溶液C，攪拌均勻，然后加入乙二醇乙醚，配成鈦離子濃度為0. 1 0. 2mol/L的混合液A ；稱取摩爾比為1 1的五水合硝酸鋯和三水合醋酸鉛作為原料，以乙酰丙酮作為穩(wěn)定劑；將三水合醋酸鉛用冰乙酸溶解后加入乙酰丙酮，鉛離子與乙酰丙酮的摩爾比為2 1 2 3，得到醋酸鉛溶液D ；向五水合硝酸鋯中加入去離子水使之溶解，再向其中加入醋酸鉛溶液D，攪拌均勻，然后加入乙二醇乙醚，配成鋯離子濃度為0. 1 0. 2mol/L的混合液B ；根據(jù)鋯鈦酸鉛薄膜的化學(xué)式H^rxTihO3，式中0 < χ < 1，按照公式(1)計算的比例， 將混合液A與混合液B均勻混合，得到前驅(qū)溶液， C Vχ = ~^~(1)r ν +Γ V其中X為鋯占鋯鈦總量的摩爾百分比，Ca為混合液A的摩爾濃度，Va為混合液A的體積，Cb為混合液B的摩爾濃度，Vb為混合液B的體積；(2)制膜在Si/Si02/Ti/Pt(lll)基片上，用步驟(1)所得前驅(qū)溶液采用旋轉(zhuǎn)涂膜法涂膜，每次涂膜后加熱，重復(fù)涂膜若干次，最后在純氧氣氛中，快速升溫至650 750°C退火，得到鋯鈦酸鉛薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合合成鋯鈦酸鉛薄膜的方法，其特征在于步驟O)中旋轉(zhuǎn)涂膜法采用的勻膠轉(zhuǎn)速為3000 4000rpm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合合成鋯鈦酸鉛薄膜的方法，其特征在于步驟O)中每次涂膜后于400 500°C加熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合合成鋯鈦酸鉛薄膜的方法，其特征在于步驟O)中重復(fù)涂膜至膜的厚度為200 400nm，最后在純氧氣氛中，快速升溫至650 750°C退火，得到鋯鈦酸鉛薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的組合合成鋯鈦酸鉛薄膜的方法，其特征在于步驟(2)中所述退火時間為10 30min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種組合合成鋯鈦酸鉛薄膜的方法，屬于功能陶瓷薄膜領(lǐng)域。該方法是將配制好的含鉛鈦的混合液A與含鉛鋯的混合液B按比例混合，得到前驅(qū)溶液，然后采用旋轉(zhuǎn)涂膜法在Si/SiO2/Ti/Pt(111)基片上涂膜，最后在純氧氣氛中快速退火，得到鋯鈦酸鉛薄膜。本發(fā)明方法僅需兩種前驅(qū)溶液制備出了組成系列變化的鋯鈦酸鉛薄膜，在批量制備中減少了前驅(qū)溶液的數(shù)量，有效的簡化了前驅(qū)溶液的配制過程，特別是在梯度材料的制備中，可以大幅縮短制備周期。
文檔編號C04B35/491GK102173796SQ20111004568
公開日2011年9月7日 申請日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月24日
發(fā)明者何崗, 何明中, 洪建和, 趙德森 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)