[發(fā)明專利]BiFeO3材料的制備方法、BiFeO3/TiO2復(fù)合薄膜及該復(fù)合薄膜的應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410075829.8
• 申請日: 2014-03-04
• 公開（公告）號: CN103771532A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮宏劍;段碧;王明梓
• 申請（專利權(quán)）人: 西北大學(xué)
• 主分類號: C01G49/00
• 分類號: C01G49/00;B01J23/843;H01L31/0725
• 代理公司: 西安恒泰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61216
• 代理人: 史玫

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電材料技術(shù)，具體涉及BiFeO₃薄膜的制備方法、BiFeO₃/TiO₂復(fù)合薄膜及該復(fù)合薄膜的應(yīng)用。

背景技術(shù)

多鐵性材料(multiferroics)是同時(shí)具有(反)鐵磁、(反)鐵電和(反)鐵彈三種初級鐵性體特征中兩種或兩種以上的材料，當(dāng)(反)鐵電和(反)鐵磁兩種序參量相互耦合時(shí)就形成了磁電耦合多鐵性材料。將(反)鐵磁材料、(反)鐵電材料按特定的結(jié)構(gòu)有序的復(fù)合在一起可實(shí)現(xiàn)復(fù)合磁電耦合材料,由于磁性和鐵電性的本質(zhì)互斥，天然的單相磁電耦合材料還比較少見。

BiFeO₃(BFO)是目前室溫測得的同時(shí)具備磁、電有序的罕見的天然單相多鐵性材料，由于電、磁、應(yīng)變之間的耦合作用，可以實(shí)現(xiàn)用電場控制反鐵磁序，是研究新型磁電存儲器的首選材料。BFO室溫下屬于R3c群菱方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，其鐵電性源于Bi³⁺離子6s²孤對電子，鐵電居里溫度高達(dá)T_c～1103K，G-type反鐵磁奈耳溫度T_N～643K。自從BFO樣品中與鐵電極化相關(guān)的可反轉(zhuǎn)的二極管整流特性和光伏特性被報(bào)道后,掀起了對BFO光伏性能、光致伸縮和光磁耦合性能的研究熱潮。BFO基薄膜優(yōu)異的可見光波段光伏和光響應(yīng)特性主要源于其獨(dú)特的帶隙(2.67eV)和鐵電疇連續(xù)排布，可引起載流子累積效應(yīng)并產(chǎn)生大于其帶隙的開路電壓。BFO的制備方法多為激光脈沖沉積等物理方法和高溫?zé)Y(jié)，對設(shè)備的依賴較高，制備的成本和溫度較高，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。同時(shí)BFO的絕緣性能和鐵電穩(wěn)定性較差，而Ti離子能夠很好的穩(wěn)定鐵電位移極化，并促進(jìn)BFO的成相，使得BFO在保持穩(wěn)定鐵電疇的同時(shí)具備較好的可見光光譜響應(yīng)特性，使BFO成為優(yōu)異的具備可見光響應(yīng)光伏和太陽能電池材料。

TiO₂在紫外光作用下形成電子-空穴對，與吸附與其表面的O₂和H₂O作用，生成氫氧自由基，使有機(jī)物被氧化分解為水和二氧化碳，從而實(shí)現(xiàn)紫外線消毒及殺菌。但紫外線照射有一定的副作用并且使用起來不方便。目前TiO₂光催化效率的提高主要通過拓寬催化劑的光譜響應(yīng)范圍,以提高可見光的利用效率。因此將TiO₂和可見光響應(yīng)較強(qiáng)的材料復(fù)合以提高其可見光響應(yīng)和吸收成為提高催化效率的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷或不足，本發(fā)明的目的之一是提供一種BiFeO₃材料的制備方法。

為此，本發(fā)明提供的BiFeO₃材料的制備方法包括：

先將硝酸鉍和硝酸鐵溶于乙二醇甲醚中得到溶液一，該溶液一的濃度為0.2mol/L～0.5mol/L，接著將檸檬酸溶于溶液一中得到溶液二，其中檸檬酸、鉍離子與鐵離子的摩爾比為：1:1:1；然后用醋酸調(diào)溶液二的PH至3～5；得到BiFeO₃溶膠材料。

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷或不足，本發(fā)明的目的之二是提供一種BiFeO₃/TiO₂復(fù)合薄膜，以同時(shí)提高BFO和TiO₂的可見光吸收率。

為此，本發(fā)明提供的BiFeO₃/TiO₂復(fù)合薄膜包括基底，該基底上涂覆有雙層薄膜，該雙層薄膜為BiFeO₃薄膜層和TiO₂薄膜層。

優(yōu)選的，所述BiFeO₃薄膜層位于基底和TiO₂薄膜層之間。

優(yōu)選的，所述BiFeO₃/TiO₂復(fù)合薄膜中BiFeO₃為菱方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，TiO₂為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，且BiFeO₃與TiO₂之間通過鐵氧層結(jié)合。

優(yōu)選的，所述BiFeO₃薄膜層的厚度為：100納米～1微米，所述TiO₂薄膜層的厚度為：100納米～1微米。