本發(fā)明屬于柔性壓電納米能量收集器及其制備,具體涉及一種柔性無機(jī)多層鐵電薄膜及其制備方法。
背景技術(shù):
1、柔性壓電納米能量收集器因其在為可穿戴電子設(shè)備供電方面的巨大優(yōu)勢而成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究熱點(diǎn),隨著便攜式可穿戴智能設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展,微型化、低功耗的可穿戴電子設(shè)備的自主供電技術(shù)吸引了國內(nèi)外廣泛的研究興趣。當(dāng)前電子器件面臨擊穿場強(qiáng)低、能量損耗大、樣品質(zhì)量差等缺點(diǎn),常見的壓電陶瓷需要復(fù)雜的高溫?zé)Y(jié)工藝,且較大的剛度限制了其在柔性可穿戴電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)無機(jī)鐵電薄膜材料的柔性化可以將這些材料的性能優(yōu)勢進(jìn)一步應(yīng)用到可穿戴電子器件中,是下一代可穿戴電子器件領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是要解決當(dāng)前電子器件面臨擊穿場強(qiáng)低、能量損耗大、樣品質(zhì)量差和柔性差的問題,而提供一種柔性無機(jī)多層鐵電薄膜及其制備方法。
2、一種柔性無機(jī)多層鐵電薄膜由鋯鈦酸鉛層(pb0.52zr0.48tio3)和誘導(dǎo)層復(fù)合而成;所述的誘導(dǎo)層為鎳酸鑭(lanio3)或鐵酸鈷(cofe2o4)。
3、鋯鈦酸鉛層縮寫為:pzt;鎳酸鑭縮寫為:lno;鐵酸鈷縮寫為:cfo。
4、一種柔性無機(jī)多層鐵電薄膜的制備方法,具體是按以下步驟完成的:
5、一、制備前驅(qū)體溶液:
6、①、利用溶膠-凝膠工藝制備鋯鈦酸鉛層前驅(qū)體溶液;
7、步驟一①中所述的鋯鈦酸鉛層前驅(qū)體溶液的濃度為0.25mol/l~0.4mol/l;
8、②、利用溶膠-凝膠工藝制備誘導(dǎo)層前驅(qū)體溶液;
9、步驟一②中所述的誘導(dǎo)層為鎳酸鑭時(shí),誘導(dǎo)層前驅(qū)體溶液的濃度為0.05mol/l~0.15mol/l;
10、步驟一②中所述的誘導(dǎo)層為鐵酸鈷時(shí),誘導(dǎo)層前驅(qū)體溶液的濃度為0.15mol/l~0.25mol/l;
11、二、利用旋涂法將鋯鈦酸鉛層前驅(qū)體溶液和誘導(dǎo)層前驅(qū)體溶液逐層旋涂在雙面拋光的藍(lán)寶石基底上,然后進(jìn)行快速退火處理,在藍(lán)寶石基底上得到多層鐵電薄膜;
12、三、首先采用紫外光輻照多層鐵電薄膜和聚對苯二甲酸乙二酯一段時(shí)間,然后在多層鐵電薄膜的表面旋涂聚氨酯粘合劑,再對聚氨酯粘合劑進(jìn)行紫外光輻照,最后將聚對苯二甲酸乙二酯放到多層鐵電薄膜上,紫外光輻照一段時(shí)間,使藍(lán)寶石基底上的多層鐵電薄膜附著在聚對苯二甲酸乙二酯上;
13、四、采用xecl準(zhǔn)分子激光器照射藍(lán)寶石基底的背面,使多層鐵電薄膜與藍(lán)寶石基底之間的表面蒸發(fā),多層鐵電薄膜脫離藍(lán)寶石基底,轉(zhuǎn)移到聚對苯二甲酸乙二酯上,得到表面為多層鐵電薄膜的pet基底;
14、五、采用磁控濺射技術(shù)在pet基底上多層鐵電薄膜的表面生長叉指電極,再在其表面覆蓋一層鈍化層,得到柔性無機(jī)多層鐵電薄膜。
15、本發(fā)明的原理:
16、本發(fā)明利用溶膠凝膠法制備鋯鈦酸鉛層前驅(qū)體溶液和誘導(dǎo)層前驅(qū)體溶液,通過對鋯鈦酸鉛層和誘導(dǎo)層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提升多層薄膜的質(zhì)量,顯著提升了多層薄膜的擊穿場強(qiáng)和降低了薄膜的能量損耗。同時(shí),利用激光剝離的新工藝實(shí)現(xiàn)多層薄膜的柔性化制備,在柔性納米能量收集等領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用前景。
17、本發(fā)明有益效果:
18、(1)、本發(fā)明采用退火處理工藝制備的柔性多層鐵電薄膜結(jié)晶良好;
19、(2)、引入鎳酸鑭(lno)誘導(dǎo)層后,柔性無機(jī)多層鐵電薄膜的(100)和(200)衍射峰強(qiáng)度明顯提升,引入鐵酸鈷(cfo)誘導(dǎo)層后,柔性無機(jī)多層鐵電薄膜的衍射峰強(qiáng)度變化不明顯;
20、(3)、本發(fā)明的制備工藝流程簡便,方法新穎,制備過程環(huán)保無污染,適用于規(guī)?;a(chǎn);
21、(4)、本發(fā)明制備的柔性無機(jī)多層鐵電薄膜能夠有效降低能量損耗,提升薄膜的擊穿場強(qiáng),提升電子器件的使用壽命。
1.一種柔性無機(jī)多層鐵電薄膜,其特征在于所述柔性無機(jī)多層鐵電薄膜由鋯鈦酸鉛層和誘導(dǎo)層復(fù)合而成;所述的誘導(dǎo)層為鎳酸鑭或鐵酸鈷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性無機(jī)多層鐵電薄膜,其特征在于所述的柔性無機(jī)多層鐵電薄膜的厚度為0.8μm~1.2μm。
3.如權(quán)利要求1所述的一種柔性無機(jī)多層鐵電薄膜的制備方法,其特征在于所述制備方法具體是按以下步驟完成的:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種柔性無機(jī)多層鐵電薄膜的制備方法,其特征在于步驟一①中利用溶膠-凝膠工藝制備鋯鈦酸鉛層前驅(qū)體溶液,具體是按以下步驟完成的:
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種柔性無機(jī)多層鐵電薄膜的制備方法,其特征在于步驟一②中利用溶膠-凝膠工藝制備誘導(dǎo)層前驅(qū)體溶液,具體是按以下步驟完成的:
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種柔性無機(jī)多層鐵電薄膜的制備方法,其特征在于步驟二中所述的退火處理的溫度為650℃~750℃,退火處理的時(shí)間為5min~10min。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種柔性無機(jī)多層鐵電薄膜的制備方法,其特征在于步驟三中所述的聚對苯二甲酸乙二酯的厚度為40μm~60μm;步驟三中首先采用紫外光輻照多層鐵電薄膜和聚對苯二甲酸乙二酯50min~70min;步驟三中將聚對苯二甲酸乙二酯放到多層鐵電薄膜上,紫外光輻照50min~70min。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種柔性無機(jī)多層鐵電薄膜的制備方法,其特征在于步驟四中所述的xecl準(zhǔn)分子激光器的波長為308nm,掃描頻率為9hz,光子能量為4.03ev;步驟四中xecl準(zhǔn)分子激光器照射藍(lán)寶石基底的時(shí)間為5min~10min。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種柔性無機(jī)多層鐵電薄膜的制備方法,其特征在于步驟五中所述的叉指電極為cr電極和au電極;采用磁控濺射技術(shù)在pet基底上多層鐵電薄膜的表面先沉積cr電極,再沉積au電極;所述的cr電極的厚度為15nm~30nm,au電極的厚度為120nm~150nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種柔性無機(jī)多層鐵電薄膜的制備方法,其特征在于步驟五中所述的鈍化層為聚氨酯或環(huán)氧樹脂;步驟五中所述的叉指電極的指寬為80μm~120μm,指間距為1mm~3mm。