[发明专利]BiFeO3材料的制备方法、BiFeO3/TiO2复合薄膜及该复合薄膜的应用

说明书

技术领域

本发明涉及光电材料技术，具体涉及BiFeO₃薄膜的制备方法、BiFeO₃/TiO₂复合薄膜及该复合薄膜的应用。

背景技术

多铁性材料(multiferroics)是同时具有(反)铁磁、(反)铁电和(反)铁弹三种初级铁性体特征中两种或两种以上的材料，当(反)铁电和(反)铁磁两种序参量相互耦合时就形成了磁电耦合多铁性材料。将(反)铁磁材料、(反)铁电材料按特定的结构有序的复合在一起可实现复合磁电耦合材料,由于磁性和铁电性的本质互斥，天然的单相磁电耦合材料还比较少见。

BiFeO₃(BFO)是目前室温测得的同时具备磁、电有序的罕见的天然单相多铁性材料，由于电、磁、应变之间的耦合作用，可以实现用电场控制反铁磁序，是研究新型磁电存储器的首选材料。BFO室温下属于R3c群菱方钙钛矿结构，其铁电性源于Bi³⁺离子6s²孤对电子，铁电居里温度高达T_c～1103K，G-type反铁磁奈耳温度T_N～643K。自从BFO样品中与铁电极化相关的可反转的二极管整流特性和光伏特性被报道后,掀起了对BFO光伏性能、光致伸缩和光磁耦合性能的研究热潮。BFO基薄膜优异的可见光波段光伏和光响应特性主要源于其独特的带隙(2.67eV)和铁电畴连续排布，可引起载流子累积效应并产生大于其带隙的开路电压。BFO的制备方法多为激光脉冲沉积等物理方法和高温烧结，对设备的依赖较高，制备的成本和温度较高，不利于大规模生产。同时BFO的绝缘性能和铁电稳定性较差，而Ti离子能够很好的稳定铁电位移极化，并促进BFO的成相，使得BFO在保持稳定铁电畴的同时具备较好的可见光光谱响应特性，使BFO成为优异的具备可见光响应光伏和太阳能电池材料。

TiO₂在紫外光作用下形成电子-空穴对，与吸附与其表面的O₂和H₂O作用，生成氢氧自由基，使有机物被氧化分解为水和二氧化碳，从而实现紫外线消毒及杀菌。但紫外线照射有一定的副作用并且使用起来不方便。目前TiO₂光催化效率的提高主要通过拓宽催化剂的光谱响应范围,以提高可见光的利用效率。因此将TiO₂和可见光响应较强的材料复合以提高其可见光响应和吸收成为提高催化效率的关键问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本发明的目的之一是提供一种BiFeO₃材料的制备方法。

为此，本发明提供的BiFeO₃材料的制备方法包括：

先将硝酸铋和硝酸铁溶于乙二醇甲醚中得到溶液一，该溶液一的浓度为0.2mol/L～0.5mol/L，接着将柠檬酸溶于溶液一中得到溶液二，其中柠檬酸、铋离子与铁离子的摩尔比为：1:1:1；然后用醋酸调溶液二的PH至3～5；得到BiFeO₃溶胶材料。

针对现有技术的缺陷或不足，本发明的目的之二是提供一种BiFeO₃/TiO₂复合薄膜，以同时提高BFO和TiO₂的可见光吸收率。

为此，本发明提供的BiFeO₃/TiO₂复合薄膜包括基底，该基底上涂覆有双层薄膜，该双层薄膜为BiFeO₃薄膜层和TiO₂薄膜层。

优选的，所述BiFeO₃薄膜层位于基底和TiO₂薄膜层之间。

优选的，所述BiFeO₃/TiO₂复合薄膜中BiFeO₃为菱方钙钛矿结构，TiO₂为锐钛矿结构，且BiFeO₃与TiO₂之间通过铁氧层结合。

优选的，所述BiFeO₃薄膜层的厚度为：100纳米～1微米，所述TiO₂薄膜层的厚度为：100纳米～1微米。