專利名稱：一種微波溶劑熱法制備Bi_4-XLa_XTi₃O₁₂鐵電薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Bi4—xLaxTi3012材料的制備方法，具體涉及一種微波溶劑熱法制備 Bi4—xLaxTi3012鐵電薄膜的方法。
背景技術(shù)：
鈦酸鉍(Bi4Ti3012， BTO)是一種具有層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電薄膜，由于其居里溫度 高、抗疲勞性能好而在非揮發(fā)性存儲器(FRAM)及電光器件方面有著廣泛應用前景而倍受 關(guān)注。但BTO薄膜的Pr值仍較小，尚難以滿足FRAM的要求。研究表明，A位摻雜可以提高 BTO薄膜的Pr值、改進其抗疲勞特性。因此，深入研究在BTO薄膜中摻入La離子的數(shù)量對 BTO薄膜結(jié)晶性能及鐵電性能的影響，這對發(fā)展新一代無鉛系列、高Pr值、抗疲勞特性優(yōu)越 的FRAM所用新型鐵電薄膜材料有著重要意義。 迄今為止，制備La摻雜BiJiA2鐵電薄膜的方法有溶膠-凝膠(Sol-Gel)法 [M. C. Kao， H. Z. Chen， S. L. Young. Materials Letters2008 629]，脈沖激光沉積法(PLD) [R. Chmielowski， V. Madigou， Ph. Ferrandis， R. Zalecki， M. Blicharski， Ch. Leroux.Thin Solid Flim 2007， 6314.]，濺射法[Wu Y皿yi， Zhang Duanming， Yu J皿，Wang Y皿bo. Materials Scienceand Engineering B 2008 34.]等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種不僅制備成本低，而且操作簡單、制備溫度低、反應周 期短而且不需要后期退火處理的微波溶劑熱法制備Bi4—xLaxTi3012鐵電薄膜的方法。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 1)首先將分析純的Bi (N03) 3 5H20和La (N03) 3 nH20按照Bi4—xLaxTi3012化學通式 中的摩爾配比加入分析純的乙二醇中，其中0 < X < 1. 5，配制成陽離子(Bi3++La3+)濃度為 0. lmol/L 10mol/L的透明溶液，所得溶液記為A ; 2)然后，向A溶液中逐滴滴入采用乙酰丙酮穩(wěn)定的鈦酸丁酯，并不斷攪拌，使得混 合溶液中(Bi+La) : Ti=4 5 : 3的摩爾比，所得溶液記為B ; 3)向B溶液中加入0 3倍于B溶液中陽離子(Bi+La+Ti)摩爾數(shù)的分析純的檸 檬酸，并不斷攪拌，形成前驅(qū)物溶液，調(diào)節(jié)前驅(qū)物溶液的PH值為0. 5 4，所得溶液記為C ;
4)將C溶液倒入微波水熱反應釜中，填充度控制在40% 80% ;然后將清洗干 凈后采用濃硝酸活化處理的玻璃基板放入微波水熱反應釜底部，密封微波水熱反應釜，將 其放入MDS-6型溫壓雙控微波水熱反應儀中；選擇控溫模式進行反應，水熱溫度控制在 100°C 18(TC，壓力低于3. 0MPa，反應時間控制在30min 180min，反應結(jié)束后自然冷卻到 室溫； 5)打開微波水熱反應釜，取出玻璃基板，然后分別采用去離子水和無水乙醇洗滌 數(shù)次，于電熱鼓風干燥箱中在60°C IO(TC下干燥10min 60min，即在玻璃基板上得到最 終產(chǎn)物Bi4—xLaxTi3012鐵電薄膜。
本發(fā)明采用微波溶劑熱法，在玻璃基板上快速制備出由Bi4—xL TiA2鐵電薄膜， 由于反應在液相中一次完成，不需要后期處理，且工藝設備簡單，所得Bi4—^ 113012鐵電薄 膜均勻，反應周期短。


圖1為本發(fā)明制備的B、xL Ti3(^鐵電薄膜的X-射線衍射(XRD)圖譜，其中橫坐 標為衍射角2 e ，單位為0 ;縱坐標為衍射峰強度，單位為cps。 圖2為本發(fā)明制備的Bi4—xLaxTi3012鐵電薄膜的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
具體實施方式

實施例1 : 1)首先將分析純的Bi (N03)3 5H20和La(N03)3 nH20按照Bi4—xLaxTi3012化學通 式中的摩爾配比加入分析純的乙二醇中，其中X二O. l，配制成陽離子(Bi3++La3+)濃度為 2mol/L的透明溶液，所得溶液記為A ; 2)然后，向A溶液中逐滴滴入采用乙酰丙酮穩(wěn)定的鈦酸丁酯，并不斷攪拌，使得混 合溶液中(Bi+La) : Ti=4 : 3的摩爾比，所得溶液記為B; 3)向B溶液中加入1倍于B溶液中陽離子(Bi+La+Ti)摩爾數(shù)的分析純的檸檬酸，
并不斷攪拌，形成前驅(qū)物溶液，調(diào)節(jié)前驅(qū)物溶液的PH值為1 ，所得溶液記為C ; 4)將C溶液倒入微波水熱反應釜中，填充度控制在60% ;然后將清洗干凈后采
用濃硝酸活化處理的玻璃基板放入微波水熱反應釜底部，密封微波水熱反應釜，將其放入
MDS-6型溫壓雙控微波水熱反應儀中；選擇控溫模式進行反應，水熱溫度控制在18(TC，壓
力低于3. 0MPa，反應時間控制在130min，反應結(jié)束后自然冷卻到室溫； 5)打開微波水熱反應釜，取出玻璃基板，然后分別采用去離子水和無水乙醇
洗滌數(shù)次，于電熱鼓風干燥箱中在IO(TC下干燥10min，即在玻璃基板上得到最終產(chǎn)物
Bi4—xLaxTi^2鐵電薄膜。 將所得的Bi4—xLaxTi3012鐵電薄膜用日本理學D/max2000PC X-射線衍射儀進行分 析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物為鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的Bi4—知Ji凡(圖1)具有(117)晶面的取向生長特性。將 樣品用FEI-QUANTA400型掃面電子顯微鏡進行觀察(圖2)，從照片可以看出所制備的薄膜 表面致密均一。
實施例2: 1)首先將分析純的Bi (N03) 3 5H20和La (N03) 3 nH20按照Bi4—xLaxTi3012化學通 式中的摩爾配比加入分析純的乙二醇中，其中X二0.4，配制成陽離子(Bi3++La3+)濃度為 5mol/L的透明溶液，所得溶液記為A ; 2)然后，向A溶液中逐滴滴入采用乙酰丙酮穩(wěn)定的鈦酸丁酯，并不斷攪拌，使得混 合溶液中(Bi+La) : Ti = 5 : 3的摩爾比，所得溶液記為B ; 3)向B溶液中加入3倍于B溶液中陽離子(Bi+La+Ti)摩爾數(shù)的分析純的檸檬酸， 并不斷攪拌，形成前驅(qū)物溶液，調(diào)節(jié)前驅(qū)物溶液的PH值為4，所得溶液記為C ;
4)將C溶液倒入微波水熱反應釜中，填充度控制在50% ;然后將清洗干凈后采 用濃硝酸活化處理的玻璃基板放入微波水熱反應釜底部，密封反應釜，將其放入MDS-6型溫壓雙控微波水熱反應儀中；選擇控溫模式進行反應，水熱溫度控制在16(TC，壓力低于 3. 0MPa，反應時間控制在180min，反應結(jié)束后自然冷卻到室溫； 5)打開微波水熱反應釜，取出玻璃基板，然后分別采用去離子水和無水乙醇 洗滌數(shù)次，于電熱鼓風干燥箱中在87(TC下干燥10min，即在玻璃基板上得到最終產(chǎn)物 Bi4—xLaxTi^2鐵電薄膜。
實施例3 : 1)首先將分析純的Bi (N03) 3 5H20和La (N03) 3 nH20按照Bi4—xLaxTi3012化學通 式中的摩爾配比加入分析純的乙二醇中，其中X二0.8，配制成陽離子(Bi3++La3+)濃度為 1Omol/L的透明溶液，所得溶液記為A ; 2)然后，向A溶液中逐滴滴入采用乙酰丙酮穩(wěn)定的鈦酸丁酯，并不斷攪拌，使得混 合溶液中(Bi+La) : Ti=4.5 : 3的摩爾比，所得溶液記為B ; 3)向B溶液中加入2倍于B溶液中陽離子(Bi+La+Ti)摩爾數(shù)的分析純的檸檬酸， 并不斷攪拌，形成前驅(qū)物溶液，調(diào)節(jié)前驅(qū)物溶液的PH值為2，所得溶液記為C ;
4)將C溶液倒入微波水熱反應釜中，填充度控制在80% ;然后將清洗干凈后采 用濃硝酸活化處理的玻璃基板放入微波水熱反應釜底部，密封反應釜，將其放入MDS-6型 溫壓雙控微波水熱反應儀中；選擇控溫模式進行反應，水熱溫度控制在12(TC，壓力低于 3. OMPa，反應時間控制在80min，反應結(jié)束后自然冷卻到室溫； 5)打開微波水熱反應釜，取出玻璃基板，然后分別采用去離子水和無水乙醇 洗滌數(shù)次，于電熱鼓風干燥箱中在6(TC下干燥30min，即在玻璃基板上得到最終產(chǎn)物 Bi4—xLaxTi^2鐵電薄膜。
實施例4 : 1)首先將分析純的Bi (N03) 3 5H20和La (N03) 3 nH20按照Bi4—xLaxTi3012化學通式 中的摩爾配比加入分析純的乙二醇中，其中X = l，配制成陽離子(Bi3++La3+)濃度為4mol/ L的透明溶液，所得溶液記為A ; 2)然后，向A溶液中逐滴滴入采用乙酰丙酮穩(wěn)定的鈦酸丁酯，并不斷攪拌，使得混 合溶液中(Bi+La) : Ti=4.2 : 1的摩爾比，所得溶液記為B ; 3)向B溶液中加入3倍于B溶液中陽離子(Bi+La+Ti)摩爾數(shù)的分析純的檸檬酸， 并不斷攪拌，形成前驅(qū)物溶液，調(diào)節(jié)前驅(qū)物溶液的PH值為3，所得溶液記為C ;
4)將C溶液倒入微波水熱反應釜中，填充度控制在40% ;然后將清洗干凈后采 用濃硝酸活化處理的玻璃基板放入微波水熱反應釜底部，密封反應釜，將其放入MDS-6型 溫壓雙控微波水熱反應儀中；選擇控溫模式進行反應，水熱溫度控制在15(TC，壓力低于 3. OMPa，反應時間控制在100min，反應結(jié)束后自然冷卻到室溫； 5)打開微波水熱反應釜，取出玻璃基板，然后分別采用去離子水和無水乙醇 洗滌數(shù)次，于電熱鼓風干燥箱中在6(TC下干燥60min，即在玻璃基板上得到最終產(chǎn)物 Bi4—xLaxTi^2鐵電薄膜。
實施例5 : 1)首先將分析純的Bi (N03) 3 5H20和La (N03) 3 nH20按照Bi4—xLaxTi3012化學通 式中的摩爾配比加入分析純的乙二醇中，其中X二 1.2，配制成陽離子(Bi3++La3+)濃度為 6mol/L的透明溶液，所得溶液記為A ;
5
2)然后，向A溶液中逐滴滴入采用乙酰丙酮穩(wěn)定的鈦酸丁酯，并不斷攪拌，使得混 合溶液中(Bi+La) : Ti=4.8 : 3的摩爾比，所得溶液記為B ; 3)向B溶液中加入2. 5倍于B溶液中陽離子(Bi+La+Ti)摩爾數(shù)的分析純的檸檬 酸，并不斷攪拌，形成前驅(qū)物溶液，調(diào)節(jié)前驅(qū)物溶液的PH值為0. 5，所得溶液記為C ;
4)將C溶液倒入微波水熱反應釜中，填充度控制在70% ;然后將清洗干凈后采 用濃硝酸活化處理的玻璃基板放入微波水熱反應釜底部，密封反應釜，將其放入MDS-6型 溫壓雙控微波水熱反應儀中；選擇控溫模式進行反應，水熱溫度控制在12(TC，壓力低于 3. 0MPa，反應時間控制在150min，反應結(jié)束后自然冷卻到室溫； 5)打開微波水熱反應釜，取出玻璃基板，然后分別采用去離子水和無水乙醇 洗滌數(shù)次，于電熱鼓風干燥箱中在9(TC下干燥15min，即在玻璃基板上得到最終產(chǎn)物 Bi4—xLaxTi^2鐵電薄膜。
實施例6 : 1)首先將分析純的Bi (N03) 3 5H20和La (N03) 3 nH20按照Bi4—xLaxTi3012化學通 式中的摩爾配比加入分析純的乙二醇中，其中X二 1.4，配制成陽離子(Bi3++La3+)濃度為 0. lmol/L的透明溶液，所得溶液記為A ; 2)然后，向A溶液中逐滴滴入采用乙酰丙酮穩(wěn)定的鈦酸丁酯，并不斷攪拌，使得混 合溶液中(Bi+La) : Ti = 5 : 3的摩爾比，所得溶液記為B ;
3)調(diào)節(jié)B溶液的pH值為0. 5，所得溶液記為C ; 4)將C溶液倒入微波水熱反應釜中，填充度控制在60% ;然后將清洗干凈后采 用濃硝酸活化處理的玻璃基板放入微波水熱反應釜底部，密封反應釜，將其放入MDS-6型 溫壓雙控微波水熱反應儀中；選擇控溫模式進行反應，水熱溫度控制在IO(TC，壓力低于 3. 0MPa，反應時間控制在30min，反應結(jié)束后自然冷卻到室溫； 5)打開微波水熱反應釜，取出玻璃基板，然后分別采用去離子水和無水乙醇 洗滌數(shù)次，于電熱鼓風干燥箱中在7(TC下干燥45min，即在玻璃基板上得到最終產(chǎn)物 Bi4—xLaxTi^2鐵電薄膜。
權(quán)利要求
一種微波溶劑熱法制備Bi4-XLaXTi3O12鐵電薄膜的方法，其特征在于1)首先將分析純的Bi(NO3)3·5H2O和La(NO3)3·nH2O按照Bi4-XLaXTi3O12化學通式中的摩爾配比加入分析純的乙二醇中，其中0＜X＜1.5，配制成陽離子(Bi3+La3+)濃度為0.1mol/L～10mol/L的透明溶液，所得溶液記為A；2)然后，向A溶液中逐滴滴入采用乙酰丙酮穩(wěn)定的鈦酸丁酯，并不斷攪拌，使得混合溶液中(Bi+La)∶Ti＝4～5∶3的摩爾比，所得溶液記為B；3)向B溶液中加入0～3倍于B溶液中陽離子(Bi+La+Ti)摩爾數(shù)的分析純的檸檬酸，并不斷攪拌，形成前驅(qū)物溶液，調(diào)節(jié)前驅(qū)物溶液的pH值為0.5～4，所得溶液記為C；4)將C溶液倒入微波水熱反應釜中，填充度控制在40％～80％；然后將清洗干凈后采用濃硝酸活化處理的玻璃基板放入微波水熱反應釜底部，密封微波水熱反應釜，將其放入MDS-6型溫壓雙控微波水熱反應儀中；選擇控溫模式進行反應，水熱溫度控制在100℃～180℃，壓力低于3.0MPa，反應時間控制在30min～180min，反應結(jié)束后自然冷卻到室溫；5)打開微波水熱反應釜，取出玻璃基板，然后分別采用去離子水和無水乙醇洗滌數(shù)次，于電熱鼓風干燥箱中在60℃～100℃下干燥10min～60min，即在玻璃基板上得到最終產(chǎn)物Bi4-XLaXTi3O12鐵電薄膜。
全文摘要
一種微波溶劑熱法制備Bi4-xLaXTi3O12鐵電薄膜的方法，首先將Bi(NO3)3·5H2O和La(NO3)3·nH2O加入乙二醇中得溶液A；然后，向A溶液中滴入采用乙酰丙酮穩(wěn)定的鈦酸丁酯得溶液B；向B溶液中加入檸檬酸，得溶液C；將C溶液倒入微波水熱反應釜中，然后將玻璃基板放入微波水熱反應釜底部，密封反應釜，將其放入MDS-6型溫壓雙控微波水熱反應儀中；選擇控溫模式進行反應，反應結(jié)束后自然冷卻到室溫；打開反應釜，取出玻璃基板，然后分別采用去離子水和無水乙醇洗滌數(shù)次，于電熱鼓風干燥箱中烘干即在玻璃基板上得到最終產(chǎn)物Bi4-XLaXTi3O12鐵電薄膜。本發(fā)明采用微波溶劑熱法，在玻璃基板上快速制備出由Bi4-XLaXTi3O12鐵電薄膜，由于反應在液相中一次完成，不需要后期處理，且工藝設備簡單，所得Bi4-XLaXTi3O12鐵電薄膜均勻，反應周期短。
文檔編號C30B29/32GK101768781SQ20091021882
公開日2010年7月7日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者吳建鵬, 曹麗云, 王博, 黃劍鋒 申請人:陜西科技大學