[發(fā)明專利]工作溫區(qū)可調(diào)且熱釋電系數(shù)較大的反鐵電薄膜及其制備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910160387.6
• 申請(qǐng)日: 2005-12-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101670691B
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 翟繼衛(wèi)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): B32B9/00
• 分類號(hào): B32B9/00;C04B35/49;C04B35/624;G01J5/10
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所 31219
• 代理人: 許亦琳;余明偉

本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2005年12月29日，申請(qǐng)?zhí)枮?00510112416.3，發(fā)明名稱為：作為熱 釋電材料的反鐵電薄膜及其制備方法和應(yīng)用的中國(guó)專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種采用化學(xué)方法制備具有可調(diào)工作溫區(qū)、大熱釋電系數(shù)的反鐵電薄膜及其 制備方法和應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

反鐵電材料的反鐵電態(tài)(AFE)可以通過(guò)溫度、電場(chǎng)以及壓力的作用轉(zhuǎn)變?yōu)殍F電態(tài)(FE)。 由于在反鐵電轉(zhuǎn)變?yōu)殍F電的相界附近具有豐富的結(jié)構(gòu)相，以及溫度、應(yīng)力和電場(chǎng)等外場(chǎng)引起 自發(fā)極化變化而產(chǎn)生相變效應(yīng)，因此對(duì)從反鐵電到鐵電相界區(qū)域的研究一直側(cè)重于相變行為 和利用場(chǎng)致相變效應(yīng)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換這兩大方面。

近年來(lái)隨著現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步以及材料相結(jié)構(gòu)和微結(jié)構(gòu)表征技術(shù)的發(fā)展，精確測(cè)量材 料發(fā)生相變時(shí)的結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系成為可能；并且還可利用反鐵電體的電場(chǎng)、溫度誘導(dǎo) 相變來(lái)實(shí)現(xiàn)壓電、熱釋電、電致應(yīng)變等諸多功能效應(yīng)的開(kāi)關(guān)和調(diào)節(jié)，此類材料的研究為紅外 熱釋電探測(cè)器、機(jī)敏器件和系統(tǒng)的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。90年代中后期，在研究反鐵電陶瓷材料 (Pb，La)(Zr，Sn，Ti)O₃(PLZST)的熱釋電特性時(shí)發(fā)現(xiàn)，在鐵電態(tài)與反鐵電態(tài)之間，測(cè)得一個(gè)非常大 的熱釋電電流，其熱釋電系數(shù)可達(dá)到10^-6C/cm²℃^-1。如文獻(xiàn)Yang?Tongqing，Liu?Peng，XuZhuo， Zhang?Liangying，YaoXi，F(xiàn)erroelectrics，230，(1999)181-186所示，這個(gè)數(shù)值是Pb(Zr，Ti)O₃(PZT) 陶瓷低溫鐵電相FER(L)與高溫鐵電相FER(H)之間相變時(shí)熱釋電系數(shù)的10倍；同時(shí)反鐵電- 鐵電相變的溫區(qū)很寬，因此是一類很有研究開(kāi)發(fā)前景的相變熱釋電材料。誘導(dǎo)反鐵電與鐵電 態(tài)之間相變時(shí)將會(huì)引起熱釋電電流峰，這是電場(chǎng)和溫度場(chǎng)共同作用的結(jié)果。對(duì)一般的鐵電材 料，其熱釋電電流I＝(dPr/dT)；但對(duì)于反鐵電材料，其熱釋電電流則為I＝(dPr/dT)+Einduced(d ε/dT)E，第二項(xiàng)則為外加直流電場(chǎng)所誘導(dǎo)的熱釋電電流。顯然，與一般的鐵電材料相比，反 鐵電材料在電場(chǎng)作用下具有比較大的熱釋電電流。利用外加偏壓可以對(duì)反鐵電-鐵電(AFE-FE) 相變的溫度進(jìn)行調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)、可逆的熱釋電效應(yīng)。

由于反鐵電陶瓷塊體材料的外加電壓比較高，通常為每厘米幾十千伏，限制了反鐵電陶 瓷體的應(yīng)用。因此，反鐵電陶瓷的薄膜化是實(shí)現(xiàn)此類材料應(yīng)用的重要途徑。

目前對(duì)反鐵電薄膜的研究主要集中在：(1)材料的化學(xué)組成和合成條件對(duì)薄膜微結(jié)構(gòu)和 相結(jié)構(gòu)的影響；(2)薄膜厚度、界面以及電極材料對(duì)薄膜反鐵電-鐵電性能、電致應(yīng)變的影響； 如文獻(xiàn)Baomin?Xu，Paul?Moses，Neelesh?G.Pai，and?L.Eric?Cross，Appl.Phys.Lett.，72， (1998)593-395和Baomin?Xu，L.Eric?Cross，Jonathan?J.Bernstein，Thin?Solid?Films，377， (2000)712-718等所示。而對(duì)反鐵電薄膜發(fā)生相變時(shí)的一些臨界現(xiàn)象，特別是熱釋電的表現(xiàn)行 為還沒(méi)有進(jìn)行深入、系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)。

目前對(duì)鐵電-順電、鐵電-鐵電之間相變的熱釋電材料研究的較多，而對(duì)反鐵電-鐵電相變 熱釋電效應(yīng)則研究的較少，并且都集中在反鐵電陶瓷塊體材料中，而對(duì)于反鐵電薄膜的熱釋 電研究還沒(méi)有看到報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一是提供一種具有可調(diào)工作溫區(qū)、大熱釋電系數(shù)的反鐵電薄膜。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述這種反鐵電薄膜的制備方法。

本發(fā)明還有一個(gè)目的是說(shuō)明上述這種反鐵電薄膜的用途。

本發(fā)明所述的作為熱釋電材料的反鐵電薄膜(Pb，La)(Zr，Sn，Ti)O₃或(Pb，Nb)(Zr，Sn，Ti)O₃，其 采用溶膠凝膠法配制，前驅(qū)體溶液的溶質(zhì)為醋酸鉛、醋酸鑭La或乙醇鈮、醋酸錫、異丙醇鋯 和異丙醇鈦，溶劑為冰醋酸、乙二醇乙醚、乙酰丙酮和水，前驅(qū)體溶液的最終濃度控制在 0.2-0.4M之間，襯底是LaNiO₃/Pt/Ti/SiO₂/Si和Pt/Ti/SiO₂/Si。