[發(fā)明專利]鐵酸鉍-鈦酸鉛/FTO導(dǎo)電玻璃結(jié)構(gòu)材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210349451.7
• 申請日: 2012-09-20
• 公開（公告）號: CN102863209A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 俞圣雯;孫冬梅;張海波
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: C04B35/453
• 分類號: C04B35/453;C04B35/624;C03C17/22
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是在FTO(摻氟的SnO₂)導(dǎo)電玻璃襯底上通過溶膠-凝膠工藝制備出具有優(yōu)良鐵電存儲及可見光光電響應(yīng)功能的高質(zhì)量鐵酸鉍-鈦酸鉛薄膜，屬于無機非金屬材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鐵酸鉍(BiFeO₃、BFO)?是一種單相的多鐵性材料，即集鐵電、鐵磁、鐵彈性能于一體。且具有磁電耦合效應(yīng)。而BFO的禁帶寬度約為1.84~2.81eV?(674~441nm)?處于可見光波段內(nèi)，理論上可表現(xiàn)出良好的可見光光電響應(yīng)。因此BFO可用于開發(fā)磁－電、光－電多自由度互控的存儲器、傳感器、探測器等多功能光、電子器件，服役于航天、汽車工業(yè)、生物、醫(yī)學(xué)、信息等技術(shù)領(lǐng)域。由于BFO的相變溫度高于室溫(鐵電相變溫度為830^oC，磁性轉(zhuǎn)變溫度為370^oC)，能夠利用太陽能的可見光，并且不含鉛，因此其服役環(huán)境相當(dāng)環(huán)保。

然而由于BFO中的Fe³⁺離子在材料制備過程中容易受制備環(huán)境的影響而發(fā)生變價，導(dǎo)致生成額外的電子而致使BFO材料絕緣性能的降低，最終將影響器件的性能。因此除了提升BFO的制備手段及環(huán)境之外，將BFO與其他鈣鈦礦材料固溶以穩(wěn)定其絕緣性也是一種可取的方法。后者對于制備應(yīng)用于微型器件中的薄膜材料而言，可以大為降低材料的制備成本。其中上世紀60年代提出的BiFeO₃-PbTiO₃固溶體系具有高絕緣性，強鐵電性，可以作為提及的微型多功能器件的薄膜候選材料。當(dāng)將PbTiO₃?(PT)含量降低至0.3時，即BFO含量為0.7，此時的0.7BFO-0.3PT組分薄膜具有優(yōu)化的鐵電、介電性能，且?guī)稙?.89eV，可利用可見光，在應(yīng)用于微型光電子器件方面有很大的開發(fā)空間。而且0.7BFO-0.3PT薄膜材料的含鉛量較低，屬于相對環(huán)境友好的材料。

薄膜材料在器件應(yīng)用上的開發(fā)還需選擇合適的支撐基板。0.7BFO-0.3PT薄膜可用于研制集鐵電存儲、可見光光電響應(yīng)于一體方面的光電子功能器件，因此摻氟的SnO₂，即FTO導(dǎo)電玻璃很適合作為相應(yīng)的支撐基板。

本發(fā)明的0.7BFO-0.3PT薄膜以溶膠-凝膠旋涂法制備所得。這種方法工藝簡單，容易控制薄膜組分的化學(xué)計量比，容易形成大面積的均勻膜，適合制備多組分薄膜材料。然而盡管溶膠-凝膠方法制備薄膜具有方便、周期短，易于控制等優(yōu)點，對于特定的薄膜材料，在溶膠的前驅(qū)體配置過程中存在特定的添加配比窗口，否則難以制備得到具有預(yù)期性能的薄膜材料。

本發(fā)明采用FTO(摻氟的SnO₂)導(dǎo)電玻璃作為襯底，以溶膠-凝膠方法制備得到集鐵電存儲與可見光光電響應(yīng)功能于一身的鐵酸鉍－鈦酸鉛(0.7BFO-0.3PT)薄膜/FTO導(dǎo)電玻璃結(jié)構(gòu)材料。本發(fā)明的試驗中制備了鉑金Pt上電極對其電學(xué)性能進行測試研究；為了盡可能減少上電極對其光電響應(yīng)的影響，對制備的薄膜材料也制備了ITO(摻Sn的In₂O₃)透明上電極，以進行光電響應(yīng)的研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在FTO(摻氟的SnO₂)導(dǎo)電玻璃上，通過溶膠凝膠工藝過程中對溶膠前驅(qū)液中添加劑配比的調(diào)整，在大氣環(huán)境中制備出結(jié)晶性良好的具有鐵電存儲及可見光光電響應(yīng)的鐵酸鉍-鈦酸鉛(0.7BFO-0.3PT)薄膜材料。

本發(fā)明是一種具有鐵電存儲及可見光光電響應(yīng)功能的鐵酸鉍-鈦酸鉛/FTO玻璃結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其特征在于具有以下的工藝過程和步驟：

a.???????FTO導(dǎo)電玻璃襯底的預(yù)處理：

用丙酮輕擦洗襯底表面，再經(jīng)過丙酮、無水乙醇3次超聲振蕩，每次至少5分鐘，最后用去離子水清洗，烘干備用；

b.???????鐵酸鉍-鈦酸鉛(0.7BFO-0.3PT)溶膠的制備：

(1)?用分析天平稱取一定量的鈦酸正四丁酯，加入適量乙二醇甲醚；稱取一定量醋酸鉛，60⁰C油浴攪拌至澄清；之后加入一定量的混合液；混合液組成為：水，冰醋酸與乙二醇甲醚三者按一定的摩爾比例1:2:1混合制成；配置得到鈦酸鉛的前驅(qū)體溶液；