[發明專利]一種含摻雜元素的鐵酸鉍基薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201510958803.2
• 申請日: 2015-12-18
• 公開（公告）號: CN105399339B
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 顏景丹
• 申請（專利權）人: 北京汽車股份有限公司
• 主分類號: C03C17/22
• 分類號: C03C17/22
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 許靜;黃燦

本發明涉及一種含摻雜元素的鐵酸鉍基薄膜，具有如式I所示原子比：BiFe_1?xA_xO₃(I)。其制備方法為：將硝酸鉍、硝酸鐵和IIIA族的金屬元素加熱攪拌，溶解于醋酸中，然后加入乙酰丙酮，得到前驅體溶液；將所述前驅體溶液涂覆在基板上，加熱干燥，經過退火，得到含摻雜元素的鐵酸鉍基薄膜。本發明通過使用化學溶液沉積法，得到分子尺度混合均勻的前驅體溶液，進而得到成分均勻的化合物。而且，通過引入IIIA族的金屬元素，可以帶來較大的晶格畸變，形成共晶接結構，從而獲得了更有益的鐵電性能，有望用于新型汽車用傳感器。

技術領域

本發明涉及多鐵材料領域，特別涉及一種含摻雜元素的鐵酸鉍薄及其制備方法。

背景技術

鋯鈦酸鉛簡稱PZT陶瓷，是由鐵電相的PbTiO₃和反鐵電相的PbZrO₃構成的固溶體。它是一種最重要的壓電陶瓷，現已發展成為PZT基壓電陶瓷系列。鋯鈦酸鉛具有鈣鈦礦型晶體結構。當鋯鈦比為53/47左右時，為共晶相界，具有最強的壓電性能，廣泛被用于汽車的傳感器上。

由于PZT基壓電陶瓷含有大量的鉛成分，制造過程易造成環境污染，隨著汽車有害物質和回收利用法規的實施，探尋鉛基化合物的替代品成為急需解決的問題。于是無鉛系列壓電陶瓷的研究已悄然興起,如:K_1-xNaxNbO₃、SrBi₄Ti₄O₃等研究都取得了一定的成績但這些不含鉛的壓電陶瓷或性能欠佳,或制造工藝復雜,仍處于探索之中。

鐵酸鉍(BiFeO₃，BFO)是已知唯一的一種在室溫下具有鐵電和鐵磁性能的化合物。基態BFO具有與PbTiO₃相似的鈣鈦礦型結構。另外，BFO是環境友好型化合物。因此，如何用鐵酸鉍系化合物替代原有的鋯鈦酸鉛以用于汽車傳感器上，成為眾多研究人員研究的方向。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種含摻雜元素的鐵酸鉍薄膜及其制備方法，其具有優異的鐵電性能，有望用于新型汽車用傳感器。

本發明提供了一種含摻雜元素的鐵酸鉍基薄膜，具有如式I所示原子比：

BiFe_1-xA_xO₃ (I)；

其中，A為IIIA族的金屬元素；

x為0.1～0.3。

優選的，所述x為0.1，0.2或0.3。

優選的，所述A為Ga或Al。

本發明提供了一種含摻雜元素的鐵酸鉍基薄膜的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：將硝酸鉍、硝酸鐵和IIIA族的金屬元素的硝酸鹽加熱攪拌，溶解于醋酸中，然后加入乙酰丙酮，得到前驅體溶液；

所述鐵離子和IIIA族的金屬元素離子的摩爾比為(1-x)：x；

所述鉍離子的摩爾量與鐵離子和IIIA族的金屬元素離子的總摩爾量之比為1:1；

步驟二：將所述前驅體溶液涂覆在基板上，加熱干燥，經過退火，得到具有如式I所示原子比的含摻雜元素的鐵酸鉍基薄膜；

BiFe_1-xA_xO₃ (I)；

其中，A為IIIA族的金屬元素；x為0.1～0.3。

優選的，所述前驅體溶液中的金屬離子濃度為0.2mol/L。

優選的，所述A為Ga或Al。