[發明專利]鈮銦酸鉛-鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛鐵電薄膜材料及制備與應用

有效

• 申請號: 202110981620.8
• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號: CN113774485B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 王飛飛;楊嘉倩;段志華;李傳青;趙祥永;王濤;唐艷學;石旺舟
• 申請（專利權）人: 上海師范大學
• 主分類號: C30B29/22
• 分類號: C30B29/22
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 李新新

本發明涉及一種鈮銦酸鉛?鈮鎂酸鉛?鈦酸鉛鐵電薄膜材料及其制備與應用，所述鐵電薄膜材料包含自下而上依次設置的襯底、導電緩沖層和薄膜層，所述薄膜層為鈮銦酸鉛?鈮鎂酸鉛?鈦酸鉛，化學組成為(1?x?y)Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃?yPb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃?xPbTiO₃，其中，x＝0.20～0.40，y＝0.18～0.60，所述鐵電薄膜材料采用溶膠凝膠方法制備。與現有技術相比，本發明制備的薄膜具有純鈣鈦礦結構，且具有優異的鐵電、壓電和熱釋電性能，以及高的居里溫度，適用于新型的壓電、熱釋電集成器件。

技術領域

本發明涉及鐵電薄膜材料領域，具體涉及一種鈮銦酸鉛-鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛鐵電薄膜材料及其制備方法與應用。

背景技術

鈮鎂鈦酸鉛(1-x)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃(簡稱為PMNT)，其中0＜x＜1，是一種具有鈣鈦礦結構的弛豫鐵電材料，隨著組分的不同可以表現出不同的特性，位于準同型相界組分的PMNT單晶具有優異的介電、壓電、電致伸縮和熱釋電性能，使其在電容器、微位移器、微驅動器、傳感器和熱釋電探測器方面有著廣泛的應用前景，能夠顯著提升當前PZT基壓電器件的性能。

但同時，該二元準同型相界組分固溶體單晶的退極化溫度和居里溫度較低，不適合在強電場、高溫等惡劣的環境中應用，其較低的矯頑場也導致晶體在大功率應用中易退極化。這促進了一系列具有高居里溫度的弛豫鐵電材料的發展，如Pb(Yb_1/2Nb_1/2)O₃-PbTiO₃(簡稱為PYNT)、BiScO₃-PbTiO₃(簡稱為BSPT)、Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃(簡稱為PIMNT)。其中PIMNT單晶通過In元素的添加，居里溫度和三方-四方相變溫度以及矯頑場都得到了一定程度的提高，拓寬了弛豫鐵電單晶的應用溫度范圍，可以有效避免單晶在使用過程中因溫度過高引起退極化的問題。本發明基于此，目的在于提出一種制備高居里溫度PIMNT薄膜的方法，制備具有優異壓電和熱釋電性能的薄膜材料，為其在壓電和熱釋電微傳感器中應用奠定基礎。

發明內容

本發明的目的就是提供一種鈮銦酸鉛-鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛鐵電薄膜材料及其制備方法與應用。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種鈮銦酸鉛-鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛鐵電薄膜材料，所述鐵電薄膜材料包含自下而上依次設置的襯底、導電緩沖層和薄膜層，所述薄膜層為鈮銦酸鉛-鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛，化學組成為(1-x-y)Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-yPb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃，其中，x＝0.20～0.40，y＝0.18～0.60，所述鐵電薄膜材料采用溶膠凝膠方法制備。使用時，襯底、導電緩沖層和薄膜層一起使用，所以薄膜層無需從導電緩沖層上揭下。鈮銦酸鉛-鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛呈薄膜狀，為低維材料，與現有的呈塊體狀的類似組成的單晶有顯著區別。

所述襯底為Pt/Ti/SiO₂/Si襯底。

所述導電緩沖層的組成為鎳酸鑭。

優選地，x＝0.28，y＝0.36。

一種鈮銦酸鉛-鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛鐵電薄膜材料的制備方法，所述制備方法具體包括如下步驟：