專利名稱：摻鑭鋯鈦酸鉛薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種摻鑭鋯鈦酸鉛薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
文獻(xiàn)“Ferroelectric properties of an epitaxial lead zirconate titanate thin filmdeposited by a hydrothermal method below the Curie temperature，Appled PhysicsLetters，84(25)，2004”介紹了Hitoshi Morioka等人用水熱制備鋯鈦酸鉛薄膜的方法，他們所采用的原料都是比較昂貴的可溶性鹽類，制成的鋯鈦酸鉛薄膜厚度為0.5μm，薄膜面積5mm×15mm。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)所用原料限制為可昂貴的溶性鹽類以及所制成的鋯鈦酸鉛薄膜厚度薄、面積小的不足，本發(fā)明提供一種摻鑭鋯鈦酸鉛薄膜的制備方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種摻鑭鋯鈦酸鉛薄膜的制備方法，其特征在于，包括下述步驟1)將化學(xué)純氧化鉛、化學(xué)純氧化鈦、化學(xué)純氧化鋯和化學(xué)純?nèi)趸|按化學(xué)計(jì)量比為Pb1-xLax(Zr1-yTiy)1-x/4O3配料，其中0＜x≤0.15，30≤y≤58，然后稱量化學(xué)純氫氧化鉀作為礦化劑，礦化劑濃度為0.6～1ml/L；2)將上述所有物料倒入加熱釜中，按照80％的填充度加入去離子水，攪拌混合均勻；3)將金屬鈦質(zhì)的基底水平懸掛在距離釜底20～50mm高的混合溶液中，以1～3℃/min的加熱速率加熱到140～150℃，保溫8～12小時(shí)后隨爐冷卻至室溫；4)從加熱釜中取出制備好的摻鑭鋯鈦酸鉛薄膜，用去離子水沖洗，直到清洗的去離子水呈中性為止，然后自然干燥。
本發(fā)明的有益效果是，由于采用了便宜的難溶性氧化物為原料，有效的降低了制備成本，拓寬了制備摻鑭鋯鈦酸鉛薄膜的原料來源；由于難溶性氧化物原料生長的晶粒尺寸較大，所制備薄膜的厚度從現(xiàn)有技術(shù)的0.5μm增加到85～156μm；由于采用金屬鈦為基底，所制備薄膜的面積從5mm×15mm增加到15mm×20mm。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。


圖1是Pb0.94La0.06(Zr0.65Ti0.35)0.985O3薄膜在140℃保溫8小時(shí)的顯微形貌照片和X衍射圖譜，礦化劑濃度0.6ml/L。
圖2是Pb0.94La0.06(Zr0.65Ti0.35)0.985O3薄膜在150℃保溫8小時(shí)的顯微形貌照片和X衍射圖譜，礦化劑濃度1ml/L。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1，稱取化學(xué)純黃色氧化鉛1.5151g，氧化鈦0.1158g，化學(xué)純氧化鋯0.3310g，化學(xué)純?nèi)趸|0.0456g；按照濃度0.6ml/L稱量化學(xué)純氫氧化鉀1.4370g。將配好的原料直接倒入加熱釜中，其總的容積為55mL。然后加入35mL的去離子水。選用0.8mm厚的金屬鈦為基底，面積為15mm×20mm，將基底水平固定在距離釜底20mm的混合溶液中，密封好加熱釜。然后從室溫開始以1℃/min加熱至140℃，保溫8小時(shí)，隨爐冷卻至室溫。用去離子水清洗薄膜，直到清洗后的去離子水呈中性為止，最后自然干燥即為成品。
經(jīng)檢測，所制鋯鈦酸鉛薄膜面積為15mm×20mm，厚度為156μm。
實(shí)施例2，稱取化學(xué)純黃色氧化鉛1.4835g，氧化鈦0.1158g，化學(xué)純氧化鋯0.3310g，化學(xué)純?nèi)趸|0.0691g；按照濃度0.7ml/L稱量化學(xué)純氫氧化鉀1.6765g。將配好的原料直接倒入加熱釜中，其總的容積為55mL。然后加入35mL的去離子水。選用0.8mm厚的金屬鈦為基底，面積為15mm×20mm，將基底水平固定在距離釜底30mm的混合溶液中，密封好加熱釜。然后從室溫開始以2℃/min加熱至141℃，保溫9小時(shí)，隨爐冷卻至室溫。用去離子水清洗薄膜，直到清洗后的去離子水呈中性為止，最后自然干燥即為成品。
經(jīng)檢測，所制鋯鈦酸鉛薄膜面積為15mm×20mm，厚度為100μm。
實(shí)施例3，稱取化學(xué)純黃色氧化鉛1.4519g，氧化鈦0.1158g，化學(xué)純氧化鋯0.3310g，化學(xué)純?nèi)趸|0.0913g；按照濃度0.8ml/L稱量化學(xué)純氫氧化鉀1.9160g。將配好的原料直接倒入加熱釜中，其總的容積為55mL。然后加入35mL的去離子水。選用0.8mm厚的金屬鈦為基底，面積為15mm×20mm，將基底水平固定在距離釜底35mm的混合溶液中，密封好加熱釜。然后從室溫開始以3℃/min加熱至142℃，保溫10小時(shí)，隨爐冷卻至室溫。用去離子水清洗薄膜，直到清洗后的去離子水呈中性為止，最后自然干燥即為成品。
經(jīng)檢測，所制鋯鈦酸鉛薄膜面積為15mm×20mm，厚度為90μm。
實(shí)施例4，稱取化學(xué)純黃色氧化鉛1.4835g，氧化鈦0.1158g，化學(xué)純氧化鋯0.3310g，化學(xué)純?nèi)趸|0.1382g；按照濃度0.9ml/L稱量化學(xué)純氫氧化鉀2.1555g。將配好的原料直接倒入加熱釜中，其總的容積為55mL。然后加入35mL的去離子水。選用0.8mm厚的金屬鈦為基底，面積為15mm×20mm，將基底水平固定在距離釜底35mm的混合溶液中，密封好加熱釜。然后從室溫開始以1℃/min加熱至143℃，保溫11小時(shí)，隨爐冷卻至室溫。用去離子水清洗薄膜，直到清洗后的去離子水呈中性為止，最后自然干燥即為成品。
經(jīng)檢測，所制鋯鈦酸鉛薄膜面積為15mm×20mm，厚度為85μm。
實(shí)施例5，稱取化學(xué)純黃色氧化鉛1.4835g，氧化鈦0.1158g，化學(xué)純氧化鋯0.3310g，化學(xué)純?nèi)趸|0.0684g；按照濃度1ml/L稱量化學(xué)純氫氧化鉀2.3950g。將配好的原料直接倒入加熱釜中，其總的容積為55mL。然后加入35mL的去離子水。選用0.8mm厚的金屬鈦為基底，面積為15mm×20mm，將基底水平固定在距離釜底50mm的混合溶液中，密封好加熱釜。然后從室溫開始以2℃/min加熱至144℃，保溫12小時(shí)，隨爐冷卻至室溫。用去離子水清洗薄膜，直到清洗后的去離子水呈中性為止，最后自然干燥即為成品。
經(jīng)檢測，所制鋯鈦酸鉛薄膜面積為15mm×20mm，厚度為86μm。
從圖1的掃描電鏡照片中可以很明顯的看出薄膜的表面光滑，晶粒呈現(xiàn)立方體狀，大小均勻，大約0.2μm，晶體發(fā)育完整，X衍射圖譜說明最終的產(chǎn)物為純鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)，沒有雜相出現(xiàn)。
實(shí)施例6，稱取化學(xué)純黃色氧化鉛1.5466g，氧化鈦0.1158g，化學(xué)純氧化鋯0.2151g，化學(xué)純?nèi)趸|0.0228g；按照濃度1ml/L稱量化學(xué)純氫氧化鉀2.3950g。將配好的原料直接倒入加熱釜中，其總的容積為55mL。然后加入35mL的去離子水。選用0.8mm厚的金屬鈦為基底，面積為15mm×20mm，將基底水平固定在距離釜底35mm的混合溶液中，密封好加熱釜。然后從室溫開始以3℃/min加熱至145℃，保溫12小時(shí)，隨爐冷卻至室溫。用去離子水清洗薄膜，直到清洗后的去離子水呈中性為止，最后自然干燥即為成品。
經(jīng)檢測，所制鋯鈦酸鉛薄膜面積為15mm×20mm，厚度為90μm。
實(shí)施例7，稱取化學(xué)純黃色氧化鉛1.3889g，氧化鈦0.1487g，化學(xué)純氧化鋯0.2803g，化學(xué)純?nèi)趸|0.1382g；按照濃度0.8ml/L稱量化學(xué)純氫氧化鉀1.9160g。將配好的原料直接倒入加熱釜中，其總的容積為55mL。然后加入35mL的去離子水。選用0.8mm厚的金屬鈦為基底，面積為15mm×20mm，將基底水平固定在距離釜底40mm的混合溶液中，密封好加熱釜。然后從室溫開始以1℃/min加熱至146℃，保溫11小時(shí)，隨爐冷卻至室溫。用去離子水清洗薄膜，直到清洗后的去離子水呈中性為止，最后自然干燥即為成品。
經(jīng)檢測，所制鋯鈦酸鉛薄膜面積為15mm×20mm，厚度為87μm。
實(shí)施例8，稱取化學(xué)純黃色氧化鉛1.3415g，氧化鈦0.1158g，化學(xué)純氧化鋯0.2151g，化學(xué)純?nèi)趸|0.1727g；按照濃度1ml/L稱量化學(xué)純氫氧化鉀2.3950g。將配好的原料直接倒入加熱釜中，其總的容積為55mL。然后加入35mL的去離子水。選用0.8mm厚的金屬鈦為基底，面積為15mm×20mm，將基底水平固定在距離釜底45mm的混合溶液中，密封好加熱釜。然后從室溫開始以2℃/min加熱至147℃，保溫10小時(shí)，隨爐冷卻至室溫。用去離子水清洗薄膜，直到清洗后的去離子水呈中性為止，最后自然干燥即為成品。
經(jīng)檢測，所制鋯鈦酸鉛薄膜面積為15mm×20mm，厚度為112μm。
實(shí)施例9，稱取化學(xué)純黃色氧化鉛1.3415g，氧化鈦0.0997g，化學(xué)純氧化鋯0.3586g，化學(xué)純?nèi)趸|0.1727g；按照濃度1ml/L稱量化學(xué)純氫氧化鉀2.3950g。將配好的原料直接倒入加熱釜中，其總的容積為55mL。然后加入35mL的去離子水。選用0.8mm厚的金屬鈦為基底，面積為15mm×20mm，將基底水平固定在距離釜底30mm的混合溶液中，密封好加熱釜。然后從室溫開始以3℃/min加熱至148℃，保溫9小時(shí)，隨爐冷卻至室溫。用去離子水清洗薄膜，直到清洗后的去離子水呈中性為止，最后自然干燥即為成品。
經(jīng)檢測，所制鋯鈦酸鉛薄膜面積為15mm×20mm，厚度為131μmm。
實(shí)施例10，稱取化學(xué)純黃色氧化鉛1.3573g，化學(xué)純氧化鈦0.1329g，化學(xué)純氧化鋯0.3074g，化學(xué)純?nèi)趸|0.1604g；按照濃度1ml/L稱量化學(xué)純氫氧化鉀2.3950g。將配好的原料直接倒入加熱釜中，其總的容積為55mL。然后加入35mL的去離子水。選用0.8mm厚的金屬鈦為基底，面積為15mm×20mm，將基底水平固定在距離釜底30mm的混合溶液中，密封好加熱釜。然后從室溫開始以1℃/min加熱至150℃，保溫8小時(shí)，隨爐冷卻至室溫。用去離子水清洗薄膜，直到清洗后的去離子水呈中性為止，最后自然干燥即為成品。
經(jīng)檢測，所制鋯鈦酸鉛薄膜面積為15mm×20mm，厚度為124μm。
從圖2的掃描電鏡照片中可以很明顯的看出薄膜的表面光滑，晶粒呈現(xiàn)立方體狀，大小均勻，大約0.2μm，晶體發(fā)育完整，X衍射圖譜說明最終的產(chǎn)物為純鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)，沒有雜相出現(xiàn)。
總之，本發(fā)明采用難溶氧化物為原料，通過水熱法在140～150℃的低溫下完成了摻鑭鋯鈦酸鉛薄膜的制備，優(yōu)化了工藝，降低了操作難度和成本，擴(kuò)充了制備薄膜的原料，擴(kuò)大了薄膜的面積，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化制備。
權(quán)利要求
1.一種摻鑭鋯鈦酸鉛薄膜的制備方法，其特征在于，包括下述步驟1)將化學(xué)純氧化鉛、化學(xué)純氧化鈦、化學(xué)純氧化鋯和化學(xué)純?nèi)趸|按化學(xué)計(jì)量比為Pb1-xLax(Zr1-yTiy)1-x/4O3配料，其中0＜x≤0.15，30≤y≤58，然后稱量化學(xué)純氫氧化鉀作為礦化劑，礦化劑濃度為0.6～1ml/L；2)將上述所有物料倒入加熱釜中，按照80％的填充度加入去離子水，攪拌混合均勻；3)將金屬鈦質(zhì)的基底水平懸掛在距離釜底20～50mm高的混合溶液中，以1～3℃/min的加熱速率加熱到140～150℃，保溫8～12小時(shí)后隨爐冷卻至室溫；4)從加熱釜中取出制備好的摻鑭鋯鈦酸鉛薄膜，用去離子水沖洗，直到清洗的去離子水呈中性為止，然后自然干燥。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種摻鑭鋯鈦酸鉛薄膜的制備方法，包括下述步驟將化學(xué)純氧化鉛、氧化鈦、氧化鋯和三氧化二鑭按化學(xué)計(jì)量比為Pb
文檔編號(hào)C04B35/622GK1850616SQ200610042838
公開日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2006年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月19日
發(fā)明者樊慧慶, 陳秀麗, 劉來君 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)