一種SrFeO_2.5磁性薄膜及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種SrFeO2.5磁性薄膜及其制備方法，將Sr(NO3)2和Fe(NO3)3·H2O溶解于乙二醇和醋酸酐的混合液中，攪拌均勻，得到SrFeO2.5前軀液。采用旋涂法和逐層退火的工藝，在基片上制得SrFeO2.5磁性薄膜。本發(fā)明設(shè)備要求簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)條件容易達(dá)到，化學(xué)組分精確可控，制備的SrFeO2.5磁性薄膜均勻性較好，具有正交結(jié)構(gòu)。當(dāng)測(cè)試頻率為1kHz時(shí)，該薄膜的介電常數(shù)為425；當(dāng)電場(chǎng)為100kV/cm時(shí)，該薄膜的漏電流密度為1.07×10?4A/cm2，室溫下，該薄膜的飽和磁化值為5.4emu/cm3，剩余磁化值為0.45emu/cm3。
【專利說(shuō)明】
一種Sr Fe02.5磁性薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于功能材料領(lǐng)域，具體涉及一種SrFe02.5磁性薄膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)化合物具有許多優(yōu)良的物理、化學(xué)性質(zhì)，例如量子輸運(yùn)、氧輸運(yùn)等，使它在自旋電子器件、氧燃料電池等應(yīng)用上有較廣闊的發(fā)展前景，因此受到了人們的廣泛關(guān)注。其通式是ABC3, A、B—般是金屬陽(yáng)離子，C離子可以為陽(yáng)離子，也可以為鹵族元素離子。且必須滿足以下幾個(gè)條件:(I)A離子半徑比B離子半徑大；(2)比離子半徑適于八面體配位；
(3)A、B離子的電價(jià)之和等于C離子電價(jià)的3倍。
[0003]SrFeO3-S是鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)化合物中的一員，由于它的氧含量變化范圍廣，使它具有四種晶型，分別是立方鈣鈦礦、四方鈣鈦礦、正交鈣鈦礦和褐針鎳礦。同時(shí)，氧含量和Fe4+/Fe3+離子的比例也在很大程度上影響著薄膜的磁結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。因此，SrFeO3-S薄膜可以作為一種新型的氧傳感器材料。
[0004]目前，鐵酸鍶薄膜的制備方法主要是化學(xué)或激光沉積法和固體粉末燒結(jié)法等。采用溶膠一凝膠法制備SrFeO3-S薄膜是一種較為新穎的方法，具有很廣的發(fā)展前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種SrFe02.5磁性薄膜及其制備方法，該方法能夠制備出具有正交結(jié)構(gòu)和一定鐵磁性的SrFe02.5薄膜。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種SrFeO2.5磁性薄膜，該薄膜的結(jié)構(gòu)式為SrFeO2.5，該薄膜屬于ICMM空間點(diǎn)群，具有正交結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù) a = 5.5280、b = 15.5579、c = 5.4424。
[0008]在IkHz測(cè)試頻率下，該薄膜的介電常數(shù)為425;在lOOkV/cm電場(chǎng)下，該薄膜的漏電流密度為1.07 X 10—4A/cm2 ；室溫下，該薄膜的飽和磁化值為5.4emu/cm3，剩余磁化值為
0.45emu/cm3。
[0009]—種SrFeO2.5磁性薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0010]步驟1:將Sr(NO3)2和Fe(NO3)3.H2O按摩爾比為1:1溶于溶劑中，攪拌均勻后得到SrFeO2.5前驅(qū)液;其中溶劑為乙二醇和醋酸酐的混合物；
[0011]步驟2:采用旋涂法在基片上旋涂SrFeO2.5前驅(qū)液，得到SrFeO2.5濕膜，SrFeO2.5濕膜經(jīng)勻膠后在200?300 0C下烘烤得干膜，再于580?620 °C下在空氣中退火，得到晶態(tài)SrFeO2.5
薄膜；
[0012]步驟3:待晶態(tài)SrFeO2.5薄膜冷卻后，在晶態(tài)SrFeO2.5薄膜上重復(fù)步驟2，直至達(dá)到所需厚度，即得到SrFe02.5磁性薄膜。
[0013]所述溶劑中乙二醇和醋酸酐的體積比為(2.5?3.5):1，SrFeO2.5前驅(qū)液中Sr離子的濃度為0.05?0.25mol/L。
[0014]所述步驟I中攪拌均勻所需的時(shí)間為2?3h。
[0015]所述步驟2在進(jìn)行前，先將基片表面清洗干凈，然后在紫外光下照射處理，使基片表面達(dá)到原子清潔度。
[0016]所述步驟2中勻膠時(shí)的勻膠轉(zhuǎn)速為3500?4500r/min，勻膠時(shí)間為10?15s。
[0017]所述步驟2中勻膠后的烘烤時(shí)間為6?IOmin。
[0018]所述步驟2中的退火時(shí)間為20?40min。
[0019]所述的SrFe02.5磁性薄膜由6?16層晶態(tài)SrFe02.5薄膜構(gòu)成。
[0020]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0021]1、目前用于制備薄膜的方法很多，如化學(xué)氣相沉積法(CVD)、磁控濺射法(rfmagnetron sputtering)、金屬有機(jī)物沉積法(MOD)、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)、液相沉積法(LH))、分子束外延法(MBE)、脈沖激光沉積法(PLD)等。相比其他方法，溶膠-凝膠法(Sol-Gel)具有設(shè)備要求簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)條件容易達(dá)到，反應(yīng)容易進(jìn)行，反應(yīng)溫度較低，易操作，適宜在大的表面和形狀不規(guī)則的表面上制備薄膜，易實(shí)現(xiàn)分子水平上的均勻摻雜，制備的薄膜均勻性較好，以及化學(xué)組分精確可控等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明采用溶膠-凝膠法，因?yàn)槿苣z-凝膠法制備過(guò)程中沒(méi)有機(jī)械混合，不易引入雜質(zhì)，產(chǎn)物純度高，化學(xué)計(jì)量比容易控制，燒結(jié)溫度低，而且利用此方法可以實(shí)現(xiàn)分子水平的混合，因此體系均勻性好，更加容易制備出性能優(yōu)異的SrFe02.5磁性薄膜。本發(fā)明中采用溶膠凝膠法，先按比例混合硝酸鍶和硝酸鐵，配制成SrFeO2.5前驅(qū)液，再用旋涂法和逐層退火的工藝在基片上制備出致密度高，晶粒尺寸均勻的SrFe02.5磁性薄膜，且制得的SrFe02.5磁性薄膜為正交結(jié)構(gòu)，并具有一定的磁性。
[0022]2、本發(fā)明提供的SrFeOu磁性薄膜表面平整，晶粒尺寸較小，該薄膜屬于ICMM空間點(diǎn)群，具有正交結(jié)構(gòu)，其晶胞參數(shù)3 = 5.5280士 = 15.5579、0 = 5.4424，且該薄膜具有一定的磁性。
[0023]進(jìn)一步的，本發(fā)明提供的SrFeO2.5磁性薄膜，在測(cè)試頻率為IkHz時(shí)，其介電常數(shù)為425;在測(cè)試電場(chǎng)為lOOkV/cm時(shí)，其漏電流密度為1.07 X lO^A/cm2，室溫下，其飽和磁化值為
5.4emu/cm3，剩余磁化值為0.45emu/cm3。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本發(fā)明制備的SrFe02.5磁性薄膜的XRD精修圖；
[0025]圖2是本發(fā)明制備的SrFeOu磁性薄膜的介電性能與測(cè)試頻率的關(guān)系圖；
[0026]圖3是本發(fā)明制備的SrFeO2.5磁性薄膜的漏電流密度；
[0027]圖4是本發(fā)明制備的SrFeO2.5磁性薄膜的磁滯回線。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合本發(fā)明較優(yōu)的實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0029]實(shí)施例1
[0030]步驟1:將Sr(NO3)2和Fe(NO3)3.H2O按摩爾比為1:1溶解在乙二醇和醋酸酐的混合液中，攪拌2.5h得到Sr離子濃度為0.lmol/L的穩(wěn)定的SrFeO2.5前軀液;其中乙二醇和醋酸酐的體積比為3:1
[0031]步驟2:將FTO/glass基片切割成實(shí)驗(yàn)所需的尺寸，然后依次用洗潔精、丙酮、無(wú)水乙醇超聲震蕩1min清洗，每次超聲后再用去離子水沖洗，最后封存在無(wú)水乙醇中備用;將處理好的備用FTO/glass基片用去離子水洗凈后用N2吹干，再用紫外光照射儀照射潔凈的FTO/glass基片40min;使其表面達(dá)到原子清潔度。采用旋涂法在FTO/glass基片上旋涂SrFeO2.5前驅(qū)液，制備SrFeO2.5濕膜，對(duì)SrFeO2.5濕膜勻膠，勻膠轉(zhuǎn)速為4000r/min，勻膠時(shí)間為15s，勻膠結(jié)束后，在250°C溫度下烘烤Smin得干膜，再在600°C溫度下空氣中層層退火30min，得到晶態(tài)SrFe02.5薄膜；
[0032]步驟3，待晶態(tài)SrFeO2.5薄膜冷卻后，在晶態(tài)SrFeO2.5薄膜上重復(fù)步驟2，重復(fù)10次，得到SrFe02.5磁性薄膜。
[0033]實(shí)施例2
[0034]步驟1:將Sr(NO3)2和Fe(NO3)3.H2O按摩爾比為1:1溶解在乙二醇和醋酸酐的混合液中，攪拌2h得到Sr離子濃度為0.15mol/L的穩(wěn)定的SrFeO2.5前軀液;其中乙二醇和醋酸酐的體積比為2.5:1
[0035]步驟2:將FTO/glass基片切割成實(shí)驗(yàn)所需的尺寸，然后依次用洗潔精、丙酮、無(wú)水乙醇超聲震蕩1min清洗，每次超聲后再用去離子水沖洗，最后封存在無(wú)水乙醇中備用;將處理好的備用FTO/glass基片用去離子水洗凈后用N2吹干，再用紫外光照射儀照射潔凈的FTO/glass基片40min;使其表面達(dá)到原子清潔度。采用旋涂法在FTO/glass基片上旋涂SrFeO2.5前驅(qū)液，制備SrFeO2.5濕膜，對(duì)SrFeO2.5濕膜勻膠，勻膠轉(zhuǎn)速為3500r/min，勻膠時(shí)間為14s，勻膠結(jié)束后，在200°C溫度下烘烤1min得干膜，再在580°C溫度下空氣中層層退火40min，得到晶態(tài)SrFe02.5薄膜；
[0036]步驟3，待晶態(tài)SrFeO2.5薄膜冷卻后，在晶態(tài)SrFeO2.5薄膜上重復(fù)步驟2，重復(fù)5次，得至丨JSrFe02.5磁性薄膜。
[0037]實(shí)施例3
[0038]步驟1:將Sr(NO3)2和Fe(NO3)3.H2O按摩爾比為1:1溶解在乙二醇和醋酸酐的混合液中，攪拌3h得到Sr離子濃度為0.2mo 1/L的穩(wěn)定的SrFeO2.5前軀液;其中乙二醇和醋酸酐的體積比為3.5:1
[0039]步驟2:將FTO/glass基片切割成實(shí)驗(yàn)所需的尺寸，然后依次用洗潔精、丙酮、無(wú)水乙醇超聲震蕩1min清洗，每次超聲后再用去離子水沖洗，最后封存在無(wú)水乙醇中備用;將處理好的備用FTO/glass基片用去離子水洗凈后用N2吹干，再用紫外光照射儀照射潔凈的FTO/glass基片40min;使其表面達(dá)到原子清潔度。采用旋涂法在FTO/glass基片上旋涂SrFeO2.5前驅(qū)液，制備SrFeO2.5濕膜，對(duì)SrFeO2.5濕膜勻膠，勻膠轉(zhuǎn)速為4500r/min，勻膠時(shí)間為10s，勻膠結(jié)束后，在300°C溫度下烘烤6min得干膜，再在620°C溫度下空氣中層層退火20min，得到晶態(tài)SrFe02.5薄膜；
[0040]步驟3，待晶態(tài)SrFeO2.5薄膜冷卻后，在晶態(tài)SrFeO2.5薄膜上重復(fù)步驟2，重復(fù)15次，得到SrFe02.5磁性薄膜。
[0041 ] 實(shí)施例4
[0042]步驟1:將Sr(NO3)2和Fe(NO3)3.H2O按摩爾比為1:1溶解在乙二醇和醋酸酐的混合液中，攪拌2.2h得到Sr離子濃度為0.05mol/L的穩(wěn)定的SrFeO2.5前軀液;其中乙二醇和醋酸酐的體積比為2.8:1
[0043]步驟2:將FTO/glass基片切割成實(shí)驗(yàn)所需的尺寸，然后依次用洗潔精、丙酮、無(wú)水乙醇超聲震蕩1min清洗，每次超聲后再用去離子水沖洗，最后封存在無(wú)水乙醇中備用;將處理好的備用FTO/glass基片用去離子水洗凈后用N2吹干，再用紫外光照射儀照射潔凈的FTO/glass基片40min;使其表面達(dá)到原子清潔度。采用旋涂法在FTO/glass基片上旋涂SrFeO2.5前驅(qū)液，制備SrFeO2.5濕膜，對(duì)SrFeO2.5濕膜勻膠，勻膠轉(zhuǎn)速為3800r/min，勻膠時(shí)間為13s，勻膠結(jié)束后，在220°C溫度下烘烤9min得干膜，再在590°C溫度下空氣中層層退火35min，得到晶態(tài)SrFe02.5薄膜；
[0044]步驟3，待晶態(tài)SrFeO2.5薄膜冷卻后，在晶態(tài)SrFeO2.5薄膜上重復(fù)步驟2，重復(fù)8次，得至丨JSrFe02.5磁性薄膜。
[0045]實(shí)施例5
[0046]步驟1:將Sr(NO3)2和Fe(NO3)3.H2O按摩爾比為1:1溶解在乙二醇和醋酸酐的混合液中，攪拌2.8h得到Sr離子濃度為0.25mol/L的穩(wěn)定的SrFeO2.5前軀液;其中乙二醇和醋酸酐的體積比為3.2:1
[0047]步驟2:將FTO/glass基片切割成實(shí)驗(yàn)所需的尺寸，然后依次用洗潔精、丙酮、無(wú)水乙醇超聲震蕩1min清洗，每次超聲后再用去離子水沖洗，最后封存在無(wú)水乙醇中備用;將處理好的備用FTO/glass基片用去離子水洗凈后用N2吹干，再用紫外光照射儀照射潔凈的FTO/glass基片40min;使其表面達(dá)到原子清潔度。采用旋涂法在FTO/glass基片上旋涂SrFeO2.5前驅(qū)液，制備SrFeO2.5濕膜，對(duì)SrFeO2.5濕膜勻膠，勻膠轉(zhuǎn)速為4200r/min，勻膠時(shí)間為11s，勻膠結(jié)束后，在280°C溫度下烘烤7min得干膜，再在610°C溫度下空氣中層層退火25min，得到晶態(tài)SrFe02.5薄膜；
[0048]步驟3，待晶態(tài)SrFeO2.5薄膜冷卻后，在晶態(tài)SrFeO2.5薄膜上重復(fù)步驟2，重復(fù)12次，得到SrFe02.5磁性薄膜。
[0049]實(shí)施例6
[0050]步驟1:將Sr(NO3)2和Fe(NO3)3.H2O按摩爾比為1:1溶解在乙二醇和醋酸酐的混合液中，攪拌2.5h得到Sr離子濃度為0.18mol/L的穩(wěn)定的SrFeO2.5前軀液;其中乙二醇和醋酸酐的體積比為3:1
[0051]步驟2:將FTO/glass基片切割成實(shí)驗(yàn)所需的尺寸，然后依次用洗潔精、丙酮、無(wú)水乙醇超聲震蕩1min清洗，每次超聲后再用去離子水沖洗，最后封存在無(wú)水乙醇中備用;將處理好的備用FTO/glass基片用去離子水洗凈后用N2吹干，再用紫外光照射儀照射潔凈的FTO/glass基片40min;使其表面達(dá)到原子清潔度。采用旋涂法在FTO/glass基片上旋涂SrFeO2.5前驅(qū)液，制備SrFeO2.5濕膜，對(duì)SrFeO2.5濕膜勻膠，勻膠轉(zhuǎn)速為3900r/min，勻膠時(shí)間為12s，勻膠結(jié)束后，在260°C溫度下烘烤7.5min得干膜，再在605°C溫度下空氣中層層退火28min，得到晶態(tài)SrFe02.5薄膜；
[0052]步驟3，待晶態(tài)SrFeO2.5薄膜冷卻后，在晶態(tài)SrFeO2.5薄膜上重復(fù)步驟2，重復(fù)14次，得到SrFe02.5磁性薄膜。
[0053]采用XRD測(cè)定SrFeO2.5磁性薄膜的物相組成結(jié)構(gòu)，結(jié)果如圖1所示，通過(guò)精修發(fā)現(xiàn)SrFeO2.5磁性薄膜屬于ICMM空間點(diǎn)群，具有正交結(jié)構(gòu)，其晶胞參數(shù)a = 5.5280、b = 15.5579,c=5.4424。用FE-SEM測(cè)定SrFeO2.5薄膜的微觀形貌界面接觸情況，發(fā)現(xiàn)SrFeO2.5磁性薄膜表面平整，顆粒均勻，界面接觸情況良好。用Agilent E4980A精密LCR表測(cè)試SrFe02.5磁性薄膜的介電性能，結(jié)果如圖2所示，可以看出在IkHz測(cè)試頻率下，SrFe02.5磁性薄膜的介電常數(shù)為425。用Agilent B2900測(cè)試SrFe02.rflT_薄膜的漏導(dǎo)電流特性，結(jié)果如圖3所示，可以看出在lOOkV/cm電場(chǎng)下，SrFeO2.5磁性薄膜的漏電流密度為1.07X 10—4A/cm2。用SQUID MPMS-XL-7測(cè)試SrFe02.5磁性薄膜室溫下的鐵磁性能，結(jié)果如圖4所示，可以看出室溫下SrFe02.5磁性薄膜的飽和磁化值為5.4emu/cm3，剩余磁化值為0.45emu/cm3。
[0054]本發(fā)明提供了一種SrFeO2.5磁性薄膜的制備方法，按摩爾比為1:1將Sr (NO3)2、Fe(NO3)3.H2O溶解于乙二醇和醋酸酐的混合液中(體積比為3:1)，攪拌2?3h得到Sr離子濃度為0.05?0.25mol/L的穩(wěn)定的SrFeO2.5前軀液。采用旋涂法和逐層退火的工藝，在原子度清潔的FTO基片上制得晶粒尺寸均勻的SrFeOu磁性薄膜(5?15層)。本發(fā)明設(shè)備要求簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)條件容易達(dá)到，化學(xué)組分精確可控，制備的SrFeO2.5磁性薄膜均勻性較好，屬于ICMM空間點(diǎn)群，具有正交結(jié)構(gòu)，同時(shí)具有較低的漏電流密度，較高的介電常數(shù)以及一定的鐵磁性。
[0055]以上所述僅為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，不是全部或唯一的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過(guò)閱讀本發(fā)明說(shuō)明書(shū)而對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種SrFe02.5磁性薄膜，其特征在于:該薄膜的結(jié)構(gòu)式為SrFe02.5，該薄膜屬于ICMM空間點(diǎn)群，具有正交結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)a = 5.5280、b = 15.5579、c = 5.4424。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SrFeO2.5磁性薄膜，其特征在于:在IkHz測(cè)試頻率下，該薄膜的介電常數(shù)為425;在lOOkV/cm電場(chǎng)下，該薄膜的漏電流密度為1.07 X 10—4A/cm2;室溫下，該薄膜的飽和磁化值為5.4emu/cm3，剩余磁化值為0.45emu/cm3。3.一種SrFeO2.5磁性薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:將Sr (NO3)2和Fe(NO3)3.H2O按摩爾比為1:1溶于溶劑中，攪拌均勻后得到SrFeO2.5前驅(qū)液;其中溶劑為乙二醇和醋酸酐的混合物； 步驟2:采用旋涂法在基片上旋涂SrFe02.5前驅(qū)液，得到SrFe02.5濕膜，SrFe02.5濕膜經(jīng)勻膠后在200?300°C下烘烤得干膜，再于580?620°C下在空氣中退火，得到晶態(tài)SrFeO2.5薄膜； 步驟3:待晶態(tài)SrFe02.5薄膜冷卻后，在晶態(tài)SrFe02.5薄膜上重復(fù)步驟2，直至達(dá)到所需厚度，即得到SrFe02.rfm4薄膜。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的SrFeO2.5磁性薄膜的制備方法，其特征在于:所述溶劑中乙二醇和醋酸酐的體積比為(2.5?3.5):1, SrFeO2.5前驅(qū)液中Sr離子的濃度為0.05?0.25mol/L05.根據(jù)權(quán)利要求3所述的SrFe02.5磁性薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟I中攪拌均勻所需的時(shí)間為2?3h。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的SrFe02.5磁性薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟2在進(jìn)行前，先將基片表面清洗干凈，然后在紫外光下照射處理，使基片表面達(dá)到原子清潔度。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的SrFe02.5磁性薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟2中勻膠時(shí)的勻膠轉(zhuǎn)速為3500?4500r/min，勻膠時(shí)間為10?15s。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的SrFe02.5磁性薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟2中勻膠后的烘烤時(shí)間為6?I Omin。9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的SrFe02.5磁性薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟2中的退火時(shí)間為20?40min。10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的SrFe02.5磁性薄膜的制備方法，其特征在于:所述的SrFe〇2.5磁性薄膜由6?16層晶態(tài)SrFe02.5薄膜構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】H01F41/22GK105845436SQ201610202051
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月31日
【發(fā)明人】談國(guó)強(qiáng), 樂(lè)忠威, 楊瑋, 任慧君, 夏傲
【申請(qǐng)人】陜西科技大學(xué)