[发明专利]一种柔性BaTiO3-CoFe2O4磁电复合薄膜

说明书

一、技术领域

本发明属于无机纳米材料技术领域，具体涉及一种柔性BaTiO₃(BTO)-CoFe₂O₄(CFO)磁电复合薄膜的制备方法。

二、背景技术

随着现代科学技术的高速发展，人们对各种器件的微型化、智能化、多功能化、集成化、高性能等方面提出了更高的要求，因此迫切需要开发出具有多种功能的先进材料，而同时存在铁电性和铁磁性的磁电复合材料就是其中一类。

磁电复合材料在一定的温度范围内同时具有铁电性和铁磁性，而且铁电性和铁磁性之间存在耦合作用而具有磁电效应，因此在磁调节电极化传感器、电控铁磁响应装置、多态存储器、高频磁电转化器和滤波器等领域中具有广阔的应用前景，而且它具有的电极化和磁极化耦合的能力还新器件的设计提供了更大的额外自由度。由于薄膜材料更易与半导体集成工艺相兼容，因此磁电复合薄膜材料成为国内外多铁性领域的研究热点。

三、发明内容

相比于刚性磁电复合材料，柔性磁电复合材料避免了刚性衬底的应力钳制作用，可大幅提高铁电相的电致伸缩效应；另外，柔性磁电复合材料除了如前所述的应用，而且拥有独特的领域，比如在微型机械中的动力装置等。因此，本发明专利主要提供一种工艺简单且易于大面积生产的柔性BTO-CFO磁电复合薄膜的制备方法。

本发明的目的是通过一下技术方案来实现的：

本专利提供的一种柔性BaTiO₃(BTO)-CoFe₂O₄(CFO)磁电复合薄膜的制备方法，其特征在于，该方法的步骤是：

步骤1：采用两步阳极氧化法制备具有纳米孔径且有序垂直排列的多孔氧化铝模板；

步骤2：利用氯化钡、硬脂酸、钛酸四丁酯、乙二醇单甲醚化学试剂为原料制备BTO溶胶：(1)将氯化钡溶于冰醋酸，在80℃下搅拌；(2)将钛酸四丁酯溶于乙二醇单甲醚中，强烈搅拌30min；将含钛离子的溶液滴入含钡离子的溶液中，继续加热搅拌；(3)加入一定量的乙酰丙酮，继续80℃搅拌2h；(4)将一定量的硬脂酸加入到上述混合溶液中，继续80～100℃搅拌2h；将上述过程得到混合溶液陈化数天后得到澄清的BTO溶胶；

步骤3：将多孔氧化铝模板置于BTO溶胶中，溶胶中金属离子在氧化铝孔洞内壁吸附，孔洞中逐渐被BTO溶胶填充，该过程中需施加超声振荡；取出浸满溶胶的模板平放，超声处理后在350～400℃下煅烧3-5min；上述过程需重复数次，直到氧化铝孔洞被填满并在 表面形成一层BTO中间相薄膜；再对复合模板均匀施压使之致密化，在800～850℃煅烧30min，从而在复合模板中形成具有钙钛矿结构的BTO纳米阵列薄膜；

步骤4：利用射频磁控溅射仪，在复合模板的BTO底面沉积一定厚度的金属Pt或Cu电极；

步骤5：将复合模板置于NaOH溶液中，去除氧化铝模板后，取出具有纳米线阵列的BTO薄膜(带有Pt底电极)；将样品放入乙醇中进行超声清洗；在烘箱中80℃干燥；

步骤6：将分析纯的硝酸铁和氯化钴按摩尔比2∶1溶于去离子水中(钴离子的浓度为0.5～1M)，混合均匀后，加入柠檬酸作为螯合剂(与总金属离子的摩尔比在1∶1～3∶1)，再搅拌均匀；在用氨水将溶液的pH值调节到5～6；再加热搅拌，直至形成达到一定黏度的CFO溶胶；

步骤7：利用匀胶机将CFO溶胶涂覆在BTO薄膜的纳米线阵列中，再在400℃下煅烧3-5min(上述旋涂-煅烧过程需重复数次)；然后将样品放入真空管式炉进行烧结，烧结温度850～950℃；再将获得的BTO-CFO复合薄膜依次放入去离子水和乙醇中进行超声清洗；在烘箱中80℃干燥；

步骤8：然后在BTO-CFO复合薄膜中的CFO底面溅射点电极；对BTO-CFO复合薄膜分别进行电极化和磁极化处理；再将BTO-CFO磁电复合薄膜转移到后续所需的衬底上。

本技术的优点：

1、本技术工艺简单，并易于制备大面积柔性磁电复合薄膜；

2、制备环节省去了单晶基底作为牺牲材料，因此可大幅降低生产成本；

3、省去刚性单晶基底，免除了基底钳制应力的作用，有利于提高磁电耦合作用；

4、特殊的复合结构设计，能够避免漏电流对复合材料电极化处理的影响，也利于磁电耦合效应的提高。

附图1为本发明的实现流程图

附图2为实例1制备流程的示意图

具体实施例：