專利名稱：鋯鈦酸鉛－鐵酸鈷厚膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子材料與器件領(lǐng)域，具體涉及一種鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜的制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，磁電材料作為一類非常重要的功能材料，廣泛應用于磁記錄、濾波器、傳感器、 多層片式電感及量子計算機等領(lǐng)域。磁電材料可分為單相磁電材料和復合磁電材料。磁電效 應最早是在低溫下反鐵磁性0203單晶中被觀測到，隨后在其他單晶(如BiFe03等)中也被觀 測到。但單相材料的磁電性能很弱，且大多只能在低溫下才能被明顯觀測到，這使得單相磁 電材料并沒有得到實際技術(shù)上的應用。隨后人們把目光轉(zhuǎn)向了復合磁電材料一將具有鐵電性 的材料與鐵磁性的材料復合而成的材料。這種鐵電-鐵磁復合材料同時具有鐵電相和鐵磁相， 對外同時呈現(xiàn)鐵電性和鐵磁性。.除了具有單一材料的各種性能外，由于電極化和磁化之間的 耦合作用，其還會出現(xiàn)許多新的性能如磁電效應。除此之外，目前研究還發(fā)現(xiàn)利用他們本征 的鐵電和鐵磁有序耦合的性質(zhì)，不僅可以確定材料的磁性性質(zhì)，還在制作"理想"回相器、 高密度存儲器、多態(tài)記憶單元、電場控制的磁共振裝置、磁場控制的壓電傳感器和電場控制 的壓磁傳感器等方面有著廣闊的應用前景和極高的研究價值。
目前，磁電復合材料主要有三種結(jié)構(gòu)顆粒復合，層狀復合以及柱狀復合。復合的鐵電， 鐵磁材料主要有BaTi03， Pb(Zr,Ti)03， CoFe204， NiFe204等。鐵電-鐵磁薄膜復合材料與 復合塊狀材料相比有許多獨特的優(yōu)點1.鐵電相與鐵磁相的復合和連接可以在微小的范圍內(nèi) 調(diào)節(jié)，實現(xiàn)兩相在納米尺度上的耦合。2.薄膜異質(zhì)結(jié)構(gòu)磁電耦合系數(shù)較高。薄膜復合材料的 制備方法主要包括脈沖激光沉積法，溶膠-凝膠法，射頻濺射法，化學溶液沉積法。
厚膜材料與薄膜材料相比，其具有更低的表面應力、強的磁、電特性和抗老化能力。 因此，制備具有一定厚度的鐵電-鐵磁厚膜材料目前已成為重要的研究工作。在厚膜的制備 工藝中，電泳沉積以其成膜設備簡單、成膜面積大、器件形狀不受限制等優(yōu)勢而為人們所 廣泛采用。到目前為止，采用電泳沉積方法制備鐵電-鐵磁復合厚膜的報道比較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜的制備方法。 本發(fā)明的技術(shù)原理
本發(fā)明的電泳沉積方法是利用電泳動現(xiàn)象，目卩膠體粒子或顆粒在外電場作用下在分散 介質(zhì)中作定向移動，達到電極基材后發(fā)生聚沉而形成較密集的微團結(jié)構(gòu)的過程。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)
鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜的制備方法，具體包括以下步驟-
1) 先將Pb(Zro.52Ti().48)03粉體、C0Fe204粉體混合并分散于分散介質(zhì)中制成懸浮液；
2) 將電極放置在懸浮液中，保持兩極板平行；
3) 在恒電場條件下，電泳沉積獲得厚膜；
4) 將電泳完畢后所得厚膜進行等靜壓處理；
5) 將經(jīng)過等靜壓處理的厚膜在高溫環(huán)境下熱處理，制得鐵電-鐵磁厚膜。 步驟1)中，Pb(Zro.52Tio.48)03粉體占粉體總摩爾數(shù)的比例為10%~90%，所述粉體總摩
爾數(shù)為Pb(ZrQ.52Tia48)03粉體與CoFe204粉體的摩爾數(shù)之和。
步驟l)中，所述鋯鈦酸鉛粉和鐵酸鈷納米粉體的粒徑范圍為60-80nm。
步驟l)中，所述分散介質(zhì)為正丁醇或乙酰丙酮，優(yōu)選為正丁醇。
步驟2)中，所述電極為貴金屬鈾金電極，或者鍍有耐高溫電極的氧化鋁基片。
步驟3)中的恒電場條件是指恒電壓或者恒電流條件。優(yōu)選的，恒電流/恒電壓保持在
l陽10y A。
步驟4)中的等靜壓處理是指將制品放置到密閉的容器內(nèi)，向制品施加各向同等的壓力， 在高壓的作用下，制品得以成型及致密化。較佳的，等靜壓的壓強范圍為100-200MPa。 步驟5)中的熱處理的溫度為700。C 1100。C,熱處理時間為30-60min。 步驟5)中的鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜的厚度為5-10ym。
本發(fā)明的鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜，與常規(guī)的鐵電-鐵磁厚膜相比，屬于兩種粉體共同制 備的復合厚膜，具有良好的電性能和磁性能，可應用于制備厚膜傳感器，位移器，具有設 備簡單，成本低、成膜快、組分易于調(diào)整等特點，可大規(guī)模制備膜材料。


圖1是實施例1復合沉積制備的鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜Pb(Zro.52Tio.48)03與CoFe204的
4摩爾比為4: 1時的X射線衍射圖譜(XRD)。
圖2是實施例1復合沉積制備的鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜Pb(ZrQ.52Tia48)03與CoFe204的 摩爾比為4: 1時的極化強度與外加電場的關(guān)系圖。
圖3是實施例1復合沉積制備的鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜Pb(Zra52Tio.48)03與CoFe204的 摩爾比為4: 1時的的磁化強度與外加磁場的關(guān)系圖。
圖4是實施例2復合沉積制備的鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜Pb(Zr().52Tia48)03與CoFe204的 摩爾比為l: 1時的的X射線衍射圖譜(XRD)。
圖5是實施例2復合沉積制備的鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜Pb(Zra52Ti,)03與CoFe204的 摩爾比為l: l時的的極化強度與外加電場的關(guān)系圖。
具體實施例方式
實施例1:在鍍銀氧化鋁基底上電泳復合沉積鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜(Pb(Zra52Tia48)03 與CoFe204的摩爾比為4: 1):-
A、 所采用的化學原料為鋯鈦酸鉛、鐵酸鈷納米粉體，溶劑為正丁醇，先分別稱取鋯鈦 酸鉛、鐵酸鈷納米粉體0.25g、 0.05g，然后將粉體在60mL正丁醇溶液中攪拌IO分鐘，再 超聲分散20分鐘形成混合均勻的懸浮液(懸浮液濃度為5g/L)。
B、 將所使用的恒流/恒壓電源調(diào)至恒流狀態(tài)，并保持5iiA的恒定輸出值。
C、 將電泳沉積使用的鉑金電極固定在電泳槽中，兩極板間距為2cm，在電泳過程中始 終保持兩極板平行。
D、 將兩電極接通電源，保持40分鐘后獲得具有一定厚度的厚膜。電泳沉積的時間可 根據(jù)所需要的厚度來控制，厚膜厚度與電泳沉積時間約成正比關(guān)系。
E、 將電泳沉積獲得的復合厚膜從電泳溶液中取出，待膜自然陰干后等靜壓200MPa處 理5分鐘。
F、 將等靜壓處理后的厚膜在700。C環(huán)境下熱處理0.5小時。電性能測試采用直流濺射 方法在上表面制作Au圓形電極(厚度約為100nm)。
制得的鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜的X射線衍射分析圖譜如圖1所示，X射線衍射分析圖 譜顯示復合厚膜呈現(xiàn)PZT鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)和CFO尖晶石相結(jié)構(gòu)，沒有中間產(chǎn)物的生成；沉積 制備的鋯釹酸鉛一鐵酸鈷厚膜(x) Pb(Zro.52Tio.48)OHl-x)CoFe204(F0.80)的極化強度與外加 電場，磁化強度與外加磁場的關(guān)系圖如圖2、圖3所示。從圖2中可以看出，所制備的鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷復合厚膜在室溫環(huán)境下飽和極化強度Ps為13.9pC/cm2，剩余極化強度Pr為 ll.lpC/cm2，矯頑電場Ec為1038KV/cm。 從圖3中可以看出飽和磁化強度Ms為 300emu/cm3，剩余磁化強度Mr為101emu/cm3，矯頑磁場He為8040e。由上述數(shù)據(jù)可以看 出，本實施例制備的鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜具有更加優(yōu)異的磁性能。
實施例2
其與實施例1的不同之處在于，電泳復合沉積的鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜中 Pb(Zra52TiG.48)03與CoFe204的摩爾比為1: I,溶劑為乙酰丙酮，制備方法與實施例1相同， 調(diào)整鋯鈦酸鉛、鐵酸鈷納米粉體質(zhì)量分別為0.17g、 0.13g。
最終制得Pb(Zro.52Tia48)03-(l-X)CoFe204(X=0.50)鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜。電性能測試 采用直流濺射方法在上表面制作Au圓形電極(厚度約為100 nm)。
制得的鐵電-磁電厚膜的X射線衍射分析圖譜如圖4所示，X射線衍射分析圖譜顯示厚 膜呈現(xiàn)PZT鈣鈦礦相結(jié)構(gòu)和CFO尖晶石相結(jié)構(gòu)，沒有中間產(chǎn)物的生成；從圖5可以看出， 電泳沉積制備的鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷復合厚膜Pb(Zro.52Tio.48)03-(l-x)CoFe204 (x-0.50)的在室 溫環(huán)境下飽和極化強度Ps為1.4pC/cm2，剩余極化強度Pr為0.7pC/cm2，矯頑電場Ec為 496KV/cm。
實施例3
其與實施例1的不同之處在于，電泳復合沉積的鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜中 Pb(Zro.52Tia48)03與CoFe204的摩爾比為1: 9,制備方法與實施例1相同，調(diào)整鋯鈦酸鉛、 鐵酸鈷納米粉體質(zhì)量分別為0.04g、 0.26g。
最終制得Pb(Zra52Tia48)O3-(l-x)CoFe2O4(x=0.10)的鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜。
實施例4
其與實施例1的不同之處在于，電泳復合沉積的鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜中 Pb(Zro.52Tio.48)03與CoFe204的摩爾比為9: 1，制備方法與實施例l相同，調(diào)整鋯鈦酸鉛、 鐵酸鈷納米粉體質(zhì)量分別為0.28g、 0.02g。
最終制得Pb(Zro.52Tia48)03-(l-X)CoFe204(X=0.90)的鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜。
權(quán)利要求
1、一種鋯鈦酸鉛-鐵酸鈷厚膜的制備方法，包括如下步驟1)先將鋯鈦酸鉛粉體、鐵酸鈷粉體混合并分散于分散介質(zhì)中制成懸浮液；2)將電極放置在懸浮液中，保持兩極板平行；3)在恒電場條件下，電泳沉積獲得厚膜；4)將電泳完畢后所得厚膜進行等靜壓處理；5)將經(jīng)過等靜壓處理的厚膜在高溫環(huán)境下熱處理，制得鋯鈦酸鉛-鐵酸鈷厚膜。
2、 如權(quán)利要求1所述的鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜的制備方法，其特征在于，步驟l)中所述 鋯鈦酸鉛粉體占粉體總摩爾數(shù)的比例為10%~90%。
3、 如權(quán)利要求1所述的鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜的制備方法，其特征在于，步驟l)中所述 鋯鈦酸鉛粉體和鐵酸鈷粉體的粒徑范圍為60-80nm。
4、 如權(quán)利要求1所述的鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜的制備方法，其特征在于，步驟l)中所述 分散介質(zhì)為正丁醇或者乙酰丙酮。
5、 如權(quán)利要求1所述的鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜的制備方法，其特征在于，步驟2)中所述 電極為貴金屬鉑金電極，或者鍍有耐高溫電極的氧化鋁基片。
6、 如權(quán)利要求1所述的鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜的制備方法，其特征在于，步驟3)中所述 恒電場條件是指恒電壓或者恒電流條件。
7、 如權(quán)利要求1所述的鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜的制備方法，其特征在于，步驟4)中所述 等靜壓處理是指將制品放置到密閉的容器內(nèi)，向制品施加壓強范圍為100-200Mpa的各 向同等的壓力。
8、 如權(quán)利要求1所述的鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜的制備方法，其特征在于，步驟5)中所述 熱處理的溫度為700。C 110(TC，熱處理時間為30-60分鐘。
9、 如權(quán)利要求1所述的鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜的制備方法，其特征在于，步驟5)中所述 鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜的厚度為5-10 um。
10、 一種鋯鈦酸鉛一鐵酸鈷厚膜，由權(quán)利要求1-9中任一權(quán)利要求所述的制備方法制得。
全文摘要
本發(fā)明涉及電子材料與器件領(lǐng)域，公開了一種鋯鈦酸鉛—鐵酸鈷厚膜的制備方法，該方法的步驟包括將Pb(Zr_0.52Ti_0.48)O₃粉體和CoFe₂O₄粉體分散在溶劑中制成濃度均勻的懸浮液，然后在恒電場條件下經(jīng)過電泳沉積制備而成。本發(fā)明制得的鋯鈦酸鉛—鐵酸鈷厚膜具有良好的電性能和磁性能，可應用于制備厚膜傳感器，位移器，具有設備簡單，成本低、成膜快、組分易于調(diào)整等特點，可大規(guī)模制備膜材料。
文檔編號C25D13/02GK101514475SQ20091004694
公開日2009年8月26日 申請日期2009年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月3日
發(fā)明者飛 尚, 翟繼衛(wèi), 莫偉鋒 申請人:同濟大學