[發明專利]一種復合結構高電能密度厚膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201310446607.8
• 申請日: 2013-09-26
• 公開（公告）號: CN103708848A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 郝喜紅;趙燁;劉云穎;李曉偉;楊吉春;安勝利
• 申請（專利權）人: 內蒙古科技大學
• 主分類號: C04B41/85
• 分類號: C04B41/85;C04B35/493;C04B35/622
• 代理公司: 包頭市專利事務所 15101
• 代理人: 莊英菊

技術領域

本發明涉及電子功能材料與器件技術領域，更具體地說，是涉及一種復合結構高電能密度厚膜及其制備方法，特別適用于高功率大容量存儲電容器件的開發和應用。

技術背景

隨著電子電路向微型化和集成化方向發展，給電子元器件提出了新的要求，然而微電子器件的關鍵技術之一就是高功率大容量電容器。儲能密度高、充放電速度快、抗循環老化的功能，適用于高溫高壓等極端環境等是儲能電容器的最重要的特性，同時儲能電容器還具備性能穩定的優點，因此，在電力、電子系統中的應用得以迅速發展。要制備高電能密度的電容器，就必須研究與之相對應的介電材料。

多離子摻雜鋯酸鉛Pb_0.97La_0.02(Zr_1-x-ySn_xTi_y)O₃(0≤x≤0.45,0≤y≤0.10)基反鐵電材料在外加電場，溫度場及應力場的誘導作用下將發生反鐵電—鐵電相變，在此相變過程中，實現能量的存儲和釋放。目前，利用溶膠凝膠法制備的鋯酸鉛基反鐵電厚膜，高溫燒結過程易導致鉛的揮發，由此帶來一系列問題，如形成孔洞，焦綠石相等，從而影響膜的性能。近年來，避免鉛揮發的研究主要集中在PbO覆蓋層，而其他氧化物覆蓋層同樣可以起到防止鉛揮發的作用，氧化物的種類主要有TiO₂、ZrO₂、CeO₂、Al₂O₃、SiO₂、ZnO以及MgO等。不同的氧化物對鋯酸鉛基反鐵電厚膜性能的影響也有所不同，例如：CeO₂覆蓋層的引入雖然可以避免鉛的揮發，但是卻降低了膜的介電常數，儲能密度及儲能效率，同時也增大了介電損耗。然而，ZnO覆蓋層的引入提高了鋯酸鉛基反鐵電厚膜介電常數，降低介電損耗，同時在一定程度上改善了儲能密度以及儲能效率。覆蓋ZnO覆蓋層的鋯酸鉛基反鐵電復合厚膜材料將在高功率大容量電容器制備方面發揮重要的作用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種復合結構高電能密度反鐵電厚膜及其制備方法，該制備方法得到的反鐵電復合厚膜材料既具有高介電常數，高儲能密度和儲能效率，又具有低的介電損耗，存放電速度快，適用于高功率大容量電容器。

本發明是通過如下技術方案實現的：

本發明在達到所需厚度的鋯酸鉛基反鐵電厚膜進行退火處理之前，在其表面覆蓋ZnO覆蓋層。

所述ZnO覆蓋層的厚度為1-30nm。

本發明包括以下化學組成：ZnO和Pb_0.97La_0.02(Zr_1-x-ySn_xTi_y)O₃，其中，0≤x≤0.45，0≤y≤0.10。

一種復合結構高電能密度特性的鋯酸鉛基反鐵電厚膜的制備方法，包括如下步驟：

1）Pb_0.97La_0.02(Zr_1-x-ySn_xTi_y)O₃前驅體溶液的制備：

配制化學組分為Pb_0.97La_0.02(Zr_1-x-ySn_xTi_y)O₃的前驅體溶液，其溶質為醋酸鉛、醋酸鑭、醋酸錫、異丙醇鈦、正丙醇鋯，按摩爾比，醋酸鉛：醋酸鑭：醋酸錫：異丙醇鈦：正丙醇鋯=0.97：0.02：x：y：(1-x-y)，其中，0≤x≤0.45，0≤y≤0.10，溶劑為冰醋酸和水，前驅體溶液的摩爾濃度控制在0.3～0.6M/L；

2）ZnO前驅體溶液配制

配置化學組分為ZnO的前驅體溶液，其溶質為醋酸鋅，溶劑為乙二醇乙醚，ZnO前驅體溶液的摩爾濃度控制在0.05～0.2M/L；

3）Pb_0.97La_0.02(Zr_1-x-ySn_xTi_y)O₃厚膜制備

a、采用旋轉涂覆的方法將步驟1）中制得的前驅體溶液涂覆在LaNiO₃/Si、Pt或者是Pt/LaNiO₃底電極材料上，旋轉速度為2500～5000轉/分、旋轉時間為20～50秒，制成濕凝膠膜；