[發明專利]一種電極緩沖層材料及其制備和應用方法

無效

• 申請號: 201210586123.9
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103073291A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 張勇;汪向榮;馬良;王靖
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C04B35/50
• 分類號: C04B35/50;C04B35/01;C04B35/626;C04B41/87;C04B35/491;H01L41/29
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 薄觀玖

技術領域

本發明特別涉及一種電極緩沖層材料及其制備和應用方法，屬于功能陶瓷材料領域。

背景技術

鐵電與壓電陶瓷材料具有較高的力電轉換效率及良好的性能可調控性，其優越的傳感和致動性能也逐漸為人們所發掘，并廣泛應用于從國防科技到日常生活的各個領域。但是，鐵電與壓電陶瓷材料在交變電場下隨著工作時間的延長，其各項性能會逐漸劣化并出現極化強度逐漸降低的現象，即通常所說的疲勞現象，該現象很大程度上限制了鐵電與壓電陶瓷材料的應用以及相關器件的發展，因此該現象的產生機制與抑制方法一直是該領域內研究人員的關注對象。

目前常見的鐵電疲勞模型基本框架，核心大多在于疲勞過程中缺陷的生成與再分布以及此后缺陷對電疇極化反轉的阻礙作用。而發生這種變化的主要部位集中在金屬電極與陶瓷的界面上，即近電極區域。該區域容易出現微裂紋集中、以及低介電常數的焦綠石生成等現象。金屬與陶瓷內部兩種不同的導電機制會導致大量空間電荷注入后在界面層處聚集形成界面極化。因此為消除這一現象，則需考慮改進樣品電極部分的結構。

人們在研究鐵電薄膜材料時發現，當將金屬電極替換為氧化物電極后，界面層處的界面極化得到了很大程度的改善。在此思路啟發下，針對La_0.5Sr_0.5CoO₃、RuO₂以及SrRuO₃等不同氧化物電極的研究獲得開展，并取得了一定成果。在此基礎之上，又拓展了向金屬電極與薄膜之間插入氧化物緩沖層的思路。選取與薄膜材料結構相似的緩沖層材料，可以有效地提高薄膜的抗疲勞性能。然而，上述實驗結果均是基于薄膜材料得出的，還沒有針對塊體材料的實驗嘗試。

發明內容

針對現有技術不足，本發明提供了一種電極緩沖層材料及其制備和應用方法。

一種電極緩沖層材料，其化學式為La_1-xSr_xMnO₃，其中，0≤x≤1，x為摩爾百分比。

一種電極緩沖層材料的制備方法，通過調節上述錳酸鍶鑭材料中x的比例，得到改善鐵電陶瓷疲勞特性的電極緩沖層材料，采用固相合成法或化學共沉淀-共沸蒸餾法制備粉體，具體方案如下：

采用固相合成法制備La_1-xSr_xMnO₃粉體，首先以純度大于99%的SrCO₃、MnCO₃、La₂O₃為起始原料，按照La_1-xSr_xMnO₃的化學計量比配料，然后將這些原料在行星球磨機中加入球磨介質研磨4?h~6?h，烘干后在850?°C~1000?°C溫度下保溫2?h~4?h煅燒合成，即得所需鈣鈦礦結構的La_1-xSr_xMnO₃粉體；

或采用化學共沉淀-共沸蒸餾方法制備La_1-xSr_xMnO₃粉體，首先按照化學計量比配制La、Sr、Mn的可溶性混合鹽溶液，原料是La(NO₃)₃?6H₂O、Sr(NO₃)₂和Mn(NO₃)₂，采用反式加料的方式，將混合鹽溶液逐滴加入足量沉淀劑溶液中，以去離子水洗滌共沉淀濾餅，加入夾帶劑，夾帶劑與濾餅的質量比為（3~5）：1，通過強力攪拌使其與濾餅混合均勻形成懸濁液，將所得懸濁液蒸餾，使其中的水分以水和夾帶劑的共沸混合物的形式蒸出，得到前驅體，將所得前驅體在550?°C~900?°C溫度下煅燒，即得鈣鈦礦結構的La_1-xSr_xMnO₃粉體。

所述球磨介質為去離子水或無水乙醇。

所述夾帶劑為正丁醇或甲苯。

所述沉淀劑溶液為碳酸氫銨和氨水的緩沖溶液，其pH值為9~10。

一種電極緩沖層材料的應用方法，其具體步驟如下：