[發明專利]一種稀土鎳基鈣鈦礦氧化物多孔膜的制備方法

有效

• 申請號: 202010804517.1
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN111978095B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 陳吉堃;張秀蘭;崔雨晨
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C04B38/00
• 分類號: C04B38/00;C04B35/50;C04B35/622;C04B35/645
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種稀土鎳基鈣鈦礦氧化物多孔膜的制備方法。先預先制備具有亞穩相結構的稀土鎳基鈣鈦礦氧化物微納米尺度粉體材料；再將該粉體制成漿料，并通過流延、刮涂、旋涂等技術涂敷在襯底材料上；而后通過在共晶燒結點特征溫度下的高壓高溫處理使得粉體共格交聯，從而形成具有多孔結構的膜。進一步通過在薄膜與襯底間引入基于Sr₃Al₂O₆、BaO等氧化物的犧牲層，可實現對所制備亞穩相稀土鎳基鈣鈦礦氧化物多孔膜的襯底轉移或實現其自支撐結構。所制備亞穩相氧化物薄膜具有良好的溫致、氫致金屬絕緣體相轉變特性；因其多孔結構而具有更高的氣敏特性。可應用于備功能電子器件、邏輯器件、傳感器、燃料電池、熱敏電阻、紅外探測敏感材料、氣敏電阻材料等。

技術領域

本發明屬于無機非金屬功能陶瓷、電子材料、強關聯半導體材料、薄膜材料領域，具體地涉及一種具有亞穩相結構的稀土鎳基鈣鈦礦氧化物多孔膜的制備方法。

背景技術

稀土鎳基氧化物(ReNiO₃,R≠La)是一種典型的強關聯材料體系，該體系的主要特點是具有金屬絕緣體相變，包括溫致相變[1]，壓力致相變[2]等特性。通過調節ReNiO₃中A位稀土元素的種類，金屬絕緣體相變溫度T_MI可以在100K到600K之間進行調控，調控溫度范圍近500K[1]。不同材料對于壓力的響應不同，在壓力之下相變溫度變化程度不同[2]。對于薄膜材料，還可以通過襯底引入應力，對其相變溫度和程度進行調控[3][4]。在合成過程中通過氣氛的調節，可以引入氧空位，導致載流子局域化，進而改變材料的輸運性質[5]。ReNiO₃的電子摻雜相變，可以通過導入氫或堿金屬元素[6-8]，是Ni3d軌道發生重組，同時引發劇烈的金屬絕緣體相變。ReNiO₃的電子摻雜相變不僅可以通過氫氣進行電子導入，還可以水溶液中與氫離子進行反應，可以測量pH值[9]、生物活性物質[9,10]等，大大拓寬了ReNiO₃器件的探測領域，而堿金屬元素的摻雜，拓展了ReNiO₃在離子導體電子絕緣體方面的重要特性，在燃料電池中可以發揮重要作用[11]。

ReNiO₃的光學性質也頗具特點。由于發生金屬絕緣體相變時，材料的電子結構發生劇烈變化，使得能帶結構發生明顯改變，對于光的反射和吸收性質會發生大幅改變，尤其在紅外波段，因而可以用于光學調控器件[12,13]。欲以ReNiO₃為核心對紅外進行精細的測量，需要制備懸臂梁結構的器件，一個辦法就是襯底轉移。襯底轉移可以借助水溶性犧牲層，對于鈣鈦礦結構氧化物，目前犧牲層的備選材料包括Sr₃Al₂O₆、SrVO₃、BaO等[14-16]，其他可能的選擇還有NaCl、KCl等。襯底轉移的過程，首先在原襯底上外延生長犧牲層，再于犧牲層上生長薄膜核心部分。而后借助有機物薄膜進行粘貼與機械制成，將樣品浸入水中，原襯底隨犧牲層的溶解而脫落，則得到了自支撐薄膜。之后將自支撐薄膜轉移至目標襯底，進行后續加工，得到懸臂梁結構的器件。對于器件功能區的ReNiO₃部分，采用漿料涂層法，制備大厚度薄膜。采用陶瓷漿料制備薄膜，可以一次性獲得較大厚度的薄膜，同時使器件具有較好的強度[17]，多孔結構可以增大對于紅外線的吸收面積。然而，目前尚缺乏一種能夠實現亞穩相稀土鎳基鈣鈦礦氧化物多孔膜結構的有效制備方法。

參考文獻：

[1]J.Varignon,M.N.Grisolia,J.A.Barthélémy,M.Bibes,Completephase diagram of rare-earth nickelates from first-principles,npj QuantumMaterials,2(2017).