[发明专利]一种基于静电引力自下而上反向吸附制备功能薄膜的方法

说明书

【技术领域】

本发明属于功能材料领域，涉及一种基于静电引力自下而上反向吸附方法制备功能薄膜的方法。

【背景技术】

铁磁电材料是一种因为电磁有序而导致铁电性和磁性共存并且具有磁电耦合性质的材料。铁电性和磁性的共存使得这种材料可由电场E诱导产生磁化M，同时磁场H也可以诱发铁电极化P，此性质被称为磁电效应ME(Magnetoelectric effect)。BiFeO₃(BFO)是少数在室温下同时具有铁电性和磁性的材料之一，它具有三角扭曲钙钛矿型结构，BFO长程电有序和长程磁有序使其同时具有铁电性和反铁磁性，二者共存的特性为研制新型存储器件提供了坚实的理论基础和重要的现实意义。

目前对于BiFeO₃薄膜的制备方法主要有脉冲激光沉积法、磁控溅射法等。脉冲激光沉积法其优点是可降低基底温度，能保持较好的化学计量比，薄膜质量好(密度高)、附着性能强，适于生长复杂组份的薄膜，需解决主要问题是如何获得大面积均匀薄膜。溅射法可以大面积成膜，且薄膜质量高，但生长速度慢，薄膜的微结构与组成均匀性有持改善。以上这些制备工艺设备较为复杂、需要严格的真空环境和工艺制度、成本昂贵，而且往往含有的少量杂质难以去除而得不到纯相，如Bi₂Fe₄O₉和Bi₂₅FeO₄₀。化学液相沉积方法是一种湿化学方法，它不需要昂贵设备，适于大面积制备薄膜，广泛应用于合成各种功能材料，并且取得了巨大的成功。

自组装单层膜(self-assembled monolayers)技术(简称SAMs技术)是仿生合成工艺的核心技术，它是通过表面活性剂的活性头基与基底之间产生化学吸附，在界面上自发形成有序的分子组装层。目前利用SAMs技术可以在金属、单晶硅、陶瓷等基底上自上而下正向吸附生长出多种无机物薄膜，包括FeOOH、SnO₂、CdS、TiO₂、CdSe、SrTiO₃、ZrO₂、V₂O₅、Y₂O₃和ZnO等多种无机陶瓷薄膜。对于自组装技术制备BiFeO₃薄膜，都是基板放于溶液底部，靠重力和吸附力制备BiFeO₃薄膜，不仅制备BiFeO₃薄膜与基板结合力弱，而且由于受到重力的影响，一些较大的颗粒也会沉积到基板上，使得所制备的薄膜表面的平整度和均匀性较差，薄膜的厚度不均匀且不可控，直接导致了采用这种方法所制备的BiFeO₃薄膜漏导特别大，介电和铁电性能无法测量。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种基于静电引力自下而上反向吸附制备功能薄膜的方法，其能够制备出表面平整致密，没有大颗粒出现且厚度可控的功能薄膜。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于静电引力自下而上反向吸附制备功能薄膜的方法，将基板功能化一面朝下悬浮于溶液表面，通过静电引力自下而上将溶液中络合离子反向吸附到基板上制备薄膜，在室温干燥后退火制备出晶化的功能薄膜。

本发明进一步的改进在于：基板功能化一面上形成有一层自组装单层膜。

本发明进一步的改进在于：基板功能化的方法为：将基片分别置于去离子水、丙酮、无水乙醇中超声洗涤10min；于紫外光下照射20min后，于OTS-甲苯溶液中浸泡30min制备OTS单层膜，于120℃干燥5min以去除有机物；最后于紫外光下照射40min，得到功能化的基板；OTS-甲苯溶液中OTS的体积浓度为1％。

本发明进一步的改进在于：溶液中络合离子为柠檬酸铁和柠檬酸铋。

本发明进一步的改进在于：溶液为Bi(NO₃)₃·5H₂O、Fe(NO₃)₃·9H₂O、冰醋酸、柠檬酸和蒸馏水组成的混合溶液。

本发明进一步的改进在于：所述溶液中冰醋酸为pH值调节剂，柠檬酸为络合剂。