[发明专利]锆酸镧/钛酸钇薄膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜材料及制法，尤其是锆酸镧/钛酸钇薄膜材料及其制备方法。

背景技术

锆酸镧、钛酸钇等介电材料在催化剂、光学材料和超导材料等方面有着广泛的应用前景，人们为了获得它，作了多种尝试和努力，如在2006年5月25日公开的美国发明专利申请公开说明书US 2006/0107891A1中披露的一种“拓扑阴离子交换氧化物薄膜及其制备方法”。它意欲提供一种氧化物薄膜制品和其制备方法。氧化物薄膜制品为在硅基片上覆有多层氧化物，氧化物中含有锆酸镧；制备方法采用的是离子交换法，工艺步骤为先在硅基片上生长氮化物膜，再将其置于高温氧气气氛下，以去除氮化物中的氮，使其成为氧化物膜。但是，这种氧化物薄膜制品及其制备方法均存在着不足之处，首先，氧化物薄膜制品不是锆酸镧/钛酸钇薄膜材料，尤为不是高度(100)轴取向的锆酸镧/钛酸钇薄膜材料，更不具备高度(100)轴取向的锆酸镧/钛酸钇薄膜材料的优异性能；其次，制备方法既制备不出高度(100)轴取向的锆酸镧/钛酸钇薄膜材料，又因采用金属非氧化物盐如氮化物来作为前驱原料，而这些金属非氧化物前驱原料除需在真空中制备之外，还要作高温去氮处理，从而使其有着工艺过于繁杂和制造成本难以降低的缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种具有高度(100)轴取向的，制作方便的锆酸镧/钛酸钇薄膜材料及其制备方法。

锆酸镧/钛酸钇薄膜材料包括基片和其上覆有的锆酸镧层，特别是(a)所说基片为(100)轴取向的金属镍或镍合金基带；(b)所说锆酸镧层为(100)轴取向的锆酸镧种子层和(100)轴取向的锆酸镧层；(c)所说(100)轴取向的金属镍或镍合金基带上依次覆有(100)轴取向的锆酸镧种子层、(100)轴取向的锆酸镧层、(100)轴取向的钛酸钇种子层和(100)轴取向的钛酸钇薄膜。

作为锆酸镧/钛酸钇薄膜材料的进一步改进，所述的(100)轴取向的锆酸镧种子层的厚度为1～90nm，(100)轴取向的锆酸镧层的厚度为20～3000nm，(100)轴取向的钛酸钇种子层的厚度为1～90nm，(100)轴取向的钛酸钇薄膜的厚度为20～3000nm。

锆酸镧/钛酸钇薄膜材料的制备方法包括化学溶液法，特别是它是按以下步骤完成的：(a)按照镧∶锆为1∶1的摩尔比，分别称量乙酸镧、正丙醇锆各两份，先将两份乙酸镧分别溶于两份丙酸溶液中，在50～90℃搅拌至乙酸镧完全溶解，其中，两份的丙酸体积∶乙酸镧摩尔数分别为10～20升∶1摩尔和2.5～5升∶1摩尔，再将两份正丙醇锆分别加入上述不同体积比摩尔数的丙酸溶液中搅拌至完全溶解，分别获得锆酸镧种子层前驱胶体和锆酸镧后续层前驱胶体；(b)将锆酸镧种子层前驱胶体涂覆到(100)轴取向的金属镍或镍合金基带上形成凝胶，再将其于300～450℃下热解15～30分钟后，在还原气氛中于950～1150℃退火15分钟以上，获得(100)轴取向的锆酸镧种子层，之后，将锆酸镧后续层前驱胶体涂覆到生长有(100)轴取向的锆酸镧种子层的(100)轴取向的金属镍或镍合金基带上形成凝胶，再将其于300～450℃下热解15～30分钟后，在还原气氛中于950～1150℃退火15分钟以上，获得(100)轴取向的锆酸镧层；(c)重复步骤(b)的之后的后半部过程，直至获得所需厚度的(100)轴取向的锆酸镧层；(d)按照钇∶钛为1∶1的摩尔比，分别称量乙酸钇、正丁醇钛各两份，先将两份乙酸钇分别溶于两份丙酸溶液中，在50～90℃搅拌至乙酸钇完全溶解，其中，两份的丙酸体积∶乙酸钇摩尔数分别为10～20升∶1摩尔和2.5～5升∶1摩尔，再将两份正丁醇钛分别加入上述不同体积比摩尔数的丙酸溶液中搅拌至完全溶解，分别获得钛酸钇种子层前驱胶体和钛酸钇后续层前驱胶体；(e)将钛酸钇种子层前驱胶体涂覆到依次生长有(100)轴取向的锆酸镧种子层和(100)轴取向的锆酸镧层的(100)轴取向的金属镍或镍合金基带上形成凝胶膜，再将其于300～450℃下热解15～30分钟后，在还原气氛中于850～1150℃下退火15分钟以上，获得(100)轴取向的钛酸钇种子层，之后，将钛酸钇后续层前驱胶体涂覆到依次生长有(100)轴取向的锆酸镧种子层、(100)轴取向的锆酸镧层和(100)轴取向的钛酸钇种子层的(100)轴取向的金属镍或镍合金基带上形成凝胶，再将其于300～450℃下热解15～30分钟后，在还原气氛中于850～1150℃下退火15分钟以上，获得(100)轴取向的钛酸钇层；(f)重复步骤(e)的之后的后半部过程，直至获得所需厚度的(100)轴取向的钛酸钇薄膜，从而制得锆酸镧/钛酸钇薄膜材料。