部分薄膜的表面與磁場的方向平行或成一定的夾角；
[0043]步驟17:將強(qiáng)磁場運(yùn)行到設(shè)定的目標(biāo)值，并通入流動(dòng)的氧氣，將爐子的溫度升到680?720°C，在此條件下進(jìn)行強(qiáng)磁場燒結(jié)至少30min ；
[0044]該步驟中，強(qiáng)磁場優(yōu)選為磁場強(qiáng)度多2T的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場。這樣不僅可以保證在燒結(jié)過程中強(qiáng)磁場一直與薄膜材料相互作用，而且較低的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場還較為容易實(shí)現(xiàn)。
[0045]步驟18:再使用物理的方法分離多層薄膜與基底，最終得到所述層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的多鐵性薄膜材料。
[0046]下面以具體的實(shí)例對上述制備方法做詳細(xì)說明，首先從市場購得或用常規(guī)方法制得如下材料:
[0047]乙酸鉍；醋酸亞鐵；乙酸鈷；正丁醇鈦和丙酸；
[0048]作為基底的金屬基底、陶瓷基底或半導(dǎo)體基底；其中，金屬基底為鉑片和鈦片，陶瓷基底為二氧化硅片、鋁酸鑭片和鈦酸鍶片，半導(dǎo)體基底為硅片。
[0049]首先，按照化學(xué)式Bin+1Fen_3_xCoxTi303n+3選取η = 5和χ = 0.6，即材料的化學(xué)式為Bi6Feh4Coa6Ti3O18，先按照鉍、鐵、鈷和鈦的摩爾比為6.6: 1.4: 0.6: 3的比例，分別稱量乙酸鉍、醋酸亞鐵、乙酸鈷和正丁醇鈦后，再依次分別將正丁醇鈦、乙酸鉍、醋酸亞鐵和乙酸鈷加入攪拌下的丙酸溶液中至其完全溶解；然后于室溫下攪拌6h，最后得到濃度為0.lmol/L的前驅(qū)體溶液并放置5天。
[0050]然后，先將前驅(qū)體溶液涂覆至基底上后，于80°C下加熱5min ;其中，涂覆為旋涂，旋涂時(shí)的轉(zhuǎn)速為6000r/min、時(shí)間為20s，基底為金屬基底鉑片，得到其上覆有凝膠膜的基底。再將其上覆有凝膠膜的基底置于400°C下熱解lOmin，得到其上覆有薄膜的基底。然后重復(fù)涂覆、加熱和熱解過程10次以得到覆有多層薄膜的基底，并將制得的覆有多層薄膜的基底分為3組。
[0051]再選擇其中一組覆有多層薄膜的基底放進(jìn)爐子內(nèi)，同時(shí)要保證一部分薄膜的表面與強(qiáng)磁場方向平行，另一部分薄膜的表面與強(qiáng)磁場方向垂直，然后把強(qiáng)磁場運(yùn)行到目標(biāo)值6T，緊接著通入流動(dòng)的氧氣，再把爐子的溫度升高到700°C，在此條件下完成強(qiáng)磁場燒結(jié)30mino
[0052]最后等爐子的溫度降到室溫后再退去強(qiáng)磁場，然后使用物理的方法分離多層薄膜與基底，最終得到所述層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的多鐵性薄膜材料。
[0053]下面對不同磁場下所制得的目標(biāo)產(chǎn)物性能進(jìn)行分析，按照上述步驟分別對另外兩組樣品完成零磁場和4T磁場下的燒結(jié)工作，然后利用掃描電鏡圖和X射線衍射對目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，并利用鐵電測試平臺和磁性測試系統(tǒng)分別對目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行鐵電性能和鐵磁性能的測量。
[0054]由掃描電鏡圖可知:制得的目標(biāo)產(chǎn)物是由片狀顆粒組成的，而且強(qiáng)磁場條件下制得的目標(biāo)產(chǎn)物具有更好的致密性。
[0055]如圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例制得的目標(biāo)產(chǎn)物的X射線衍射(XRD)表征結(jié)果示意圖，由圖2可知:強(qiáng)磁場條件下制得的目標(biāo)產(chǎn)物具有更好的取向性。
[0056]如圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例制得的目標(biāo)產(chǎn)物在鐵電測試工作臺上進(jìn)行表征的結(jié)果示意圖，由圖3可知:強(qiáng)磁場條件下制得的目標(biāo)產(chǎn)物具有更優(yōu)異的鐵電性能。
[0057]如圖4所示為本發(fā)明實(shí)施例制得的目標(biāo)產(chǎn)物使用磁性質(zhì)測量系統(tǒng)進(jìn)行表征的結(jié)果示意圖，由圖4可知:強(qiáng)磁場條件下制得的目標(biāo)產(chǎn)物具有更優(yōu)異的鐵磁性能。
[0058]進(jìn)一步的，還可以選用涂覆為旋涂或浸漬或噴涂和在不同強(qiáng)磁場條件下燒結(jié)，以及選用作為基底的金屬基底，或陶瓷基底，或半導(dǎo)體基底，其中，金屬基底為鉑片或鈦片，陶瓷基底為二氧化硅片或鋁酸鑭片或鈦酸鍶片，半導(dǎo)體基底為硅片，重復(fù)上述實(shí)施例步驟，同樣可制得層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵鈷鈦酸鉍多鐵性薄膜材料。
[0059]綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例所提供的制備方法對目標(biāo)產(chǎn)物中的化學(xué)計(jì)量比可精確地控制，工藝簡單、易掌握，所需的設(shè)備少、燒結(jié)磁場低、燒結(jié)成相溫度低、制備的成本低、利于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。
[0060]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的多鐵性薄膜材料，其特征在于，所述多鐵性薄膜材料由鉍、鐵、鈷、鈦和氧元素組成薄膜，其中: 所述薄膜的化學(xué)式為Bin+1Fen_3_xCoxTi303n+3，其中Bi為鉍、Fe為鐵、Co為鈷、Ti為鈦、O為氧，且η彡4，η為整數(shù)，O < X彡(η_3) /2 ； 所述多鐵性薄膜材料的厚度為400?lOOOnm，由致密排列的片狀顆粒構(gòu)成，所述顆粒的粒徑為20?300nm。
2.—種層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的多鐵性薄膜材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括: 首先按照鉍、鐵、鈷和鈦的摩爾比為1.1 (n+1): (n-3-x): x: (3n+3)的比例，稱量乙酸鉍、醋酸亞鐵、乙酸鈷和正丁醇鈦；其中，η彡4，η為整數(shù)，O < X彡(η_3)/2 ; 依次將所述正丁醇鈦、乙酸鉍、醋酸亞鐵和乙酸鈷加入到攪拌下的丙酸溶液中至完全溶解，再于室溫下攪拌至少6h，得到濃度為0.1?0.15mol/L的前驅(qū)體溶液，并放置3-7天；將所得到的前驅(qū)體溶液涂覆至基底上，并于80?120°C下加熱至少5min，得到其上覆有凝妝I吳的基底； 再將該覆有凝膠膜的基底置于380?420°C下熱解至少lOmin，得到其上覆有薄膜的基底； 重復(fù)上述的涂覆、加熱和熱解的過程至少10次； 將所得到的覆有多層薄膜的基底放進(jìn)爐子內(nèi)，使放置好的一部分薄膜的表面與磁場方向垂直，另一部分薄膜的表面與磁場的方向平行或成一定的夾角； 將強(qiáng)磁場運(yùn)行到設(shè)定的目標(biāo)值，并通入流動(dòng)的氧氣，將爐子的溫度升到680?720°C，在此條件下進(jìn)行強(qiáng)磁場燒結(jié)至少30min ； 再使用物理的方法分離多層薄膜與基底，最終得到所述層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的多鐵性薄膜材料。
3.如權(quán)利要求2所述的多鐵性薄膜材料的制備方法，其特征在于，在將所得到的前驅(qū)體溶液涂覆至基底時(shí)，所述的涂覆為旋涂或浸漬或噴涂； 且所述旋涂時(shí)的轉(zhuǎn)速為5000?7000r/min，時(shí)間為10?120s。
4.如權(quán)利要求2或3所述的多鐵性薄膜材料的制備方法，其特征在于，所采用的基底為金屬基底，或陶瓷基底，或半導(dǎo)體基底，其中: 所述金屬基底為鉑片或鈦片； 所述陶瓷基底為二氧化硅片或鋁酸鑭片或鈦酸鍶片； 所述半導(dǎo)體基底為硅片。
5.如權(quán)利要求2或3所述的多鐵性薄膜材料的制備方法，其特征在于， 所述強(qiáng)磁場優(yōu)選為磁場強(qiáng)度多2T的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的多鐵性薄膜材料及制備方法。所制備的多鐵性薄膜材料由鉍、鐵、鈷、鈦和氧元素組成薄膜，其中：所述薄膜的化學(xué)式為Bin+1Fen-3-xCoxTi3O3n+3，其中Bi為鉍、Fe為鐵、Co為鈷、Ti為鈦、O為氧，且n≥4，n為整數(shù)，0＜x≤(n-3)/2；且所述多鐵性薄膜材料的厚度為400～1000nm，由致密排列的片狀顆粒構(gòu)成，所述顆粒的粒徑為20～300nm。該多鐵性薄膜材料同時(shí)具有優(yōu)異的鐵電和鐵磁性能，且制作工藝簡單、易掌握，所需的設(shè)備少、燒結(jié)磁場低、燒結(jié)成相溫度低、制備的成本低，利于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類】C04B35-622, C04B35-475
【公開號】CN104876566
【申請?zhí)枴緾N201510249505
【發(fā)明人】左緒忠, 楊杰, 袁彬, 宋東坡, 朱雪斌, 戴建明, 孫玉平
【申請人】中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月15日