[发明专利]一种介电常数可调的类水滑石薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机功能薄膜的可控制备技术领域，具体涉及一种介电常数可调的类水滑石薄膜及其制备方法，在纯铝表面的类水滑石薄膜及其原位晶化制备薄膜。通过控制制备条件，该薄膜的焙烧产物复合金属氧化物薄膜具有介电常数在一较低范围内连续可调的优异性能。

背景技术

电介质材料的应用极为广泛，在电工电子，通讯，微波装置和微波器件中应用了许多类型的介质材料。比如，集成电路板上的绝缘层、同轴线中的绝缘片、加载波导中的介质块、天线的介质外罩，以及各种器件中的支持装置和密封窗等。作为介电材料的主要性能指标，介电常数在不同应用领域的要求也相差各异，追求合适的介电常数是各领域共同的特征。现如今，人们制备的钙钛矿型高介电常数材料其介电常数值可达2000多，而通过造孔等方法制备的低介电材料，其介电常数值已接近空气的极限值1。针对不同领域对介电材料的需求，研究者通过改变电介质的组成，或者为电介质添加不同量的孔隙等途径，实现对介电常数的调控。

水滑石类化合物包括水滑石(Hydrotalcite)和类水滑石(Hydrotalcite-likecompound)，其主体一般由两种金属的氢氧化物构成，因此又称为层状双羟基复合金属氧化物(Layered Double Hydroxide，简写为LDH)。LDH的插层化合物称为插层水滑石。水滑石、类水滑石和插层水滑石统称为水滑石类插层材料。该类材料是一种具有独特结构特性的无机材料：如元素组成在较宽范围内的可调变性、晶粒尺寸及分布的可调控性以及层间插层阴离子种类的可设计性等，这类材料的诸多性能使其在离子交换、吸附、催化、生物材料、高分子改性、光学材料、磁学材料和电学材料等许多领域展现出广阔的应用前景。水滑石薄膜的制备成功则为其在工业上的应用提供了更为有利的基础，引起了研究者们的广泛关注。但是至今为止，仍未看到水滑石薄膜作为电介质材料的应用报道。

介电常数是材料可极化程度大小的反映，其影响因素除材料的固有特征外，还主要受材料密度的影响：相同的材料，如果其密度越高，介电常数就越高。正是因为这一点，研究者们通过造孔的方式制得了超低介电常数材料。Yan等在文献Adv.Mater.，2003，15(18)：1528中使用环糊精作为造孔剂，得到了不同孔隙率的MFI沸石薄膜，由于不同空隙率造成的薄膜密度有显著区别，薄膜的介电常数也随之改变。Theije等在文献J.Phys.Chem.B 2003，107，4280-4289中考察了介孔有机硅薄膜的组成，结构对薄膜的介电常数，机械性能等的影响，通过改变合成条件，制备得到了不同介电常数的电介质薄膜。

在申请号为200510127611.3的专利中，介绍了用尿素法在经过阳极氧化的铝片表面制备类水滑石结构化催化剂。此水滑石薄膜是利用基体的Al源生长于基体表面，薄膜和基体之间为化学键作用，因此结合力非常强。该水滑石薄膜还具有c轴平行于基体的取向，六角形的水滑石晶粒相互交错形成了丰富的空隙，且薄膜的致密度会随着制备条件的改变而改变，这为我们制备不同介电常数的薄膜材料奠定了基础。

这里我们在未经阳极氧化的纯铝表面制备了LDH薄膜，简化了制备工艺，节省了能源。而且能够通过简单的调变水滑石薄膜合成条件而实现不同介电常数的电介质材料，对扩展电介质材料及水滑石薄膜的应用领域都具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种介电常数可调的类水滑石薄膜及其制备方法，通过原位晶化的方法在纯铝片表面制备得到LDH薄膜，将LDH薄膜在400-550℃焙烧后得到复合金属氧化物薄膜(Mixed-Metal-Oxide，简称为MMO薄膜)。通过调变LDH前体薄膜的制备条件，实现对MMO薄膜的形貌控制，从而达到MMO薄膜的介电常数连续可调。本发明将为控制制备某一介电常数的薄膜提供指导。

本发明提供的类水滑石薄膜前体是，以纯铝片为基体，LDH薄膜生长于铝片表面。该类水滑石薄膜是由层间阴离子与带正电荷的层板有序组装而形成的化合物，膜层的化学通式是：

[M²⁺_1-xAl³⁺_x(OH)₂]^x+·(CO₃^2-)_x/2·mH₂O，