[发明专利]具有偏聚颗粒的固溶体薄膜及其制备方法

说明书

本发明提供了具有偏聚颗粒的固溶体薄膜及其制备方法，方法包括：1)：将晶体信息导入到Materials Studio软件中，利用Castep模块计算固溶体中两种晶胞结构的结合能；2)：求得结合能差的绝对值，并计算结合能的差异率，判断差异率是否处在20％到40％之间，从而能够得知是否产生偏聚颗粒；3)：制备前驱液；4)：将前驱液滴到衬底表面进行旋涂，之后进行烘烤、第一烧结、自然冷却；5)：重复步骤4)，镀膜12‑18层，然后进行第二烧结、自然冷却，获得具有偏聚颗粒的固溶体薄膜。本发明制备的具有偏聚颗粒的固溶体薄膜材料有助于提升其电学特性、光学特性等。

技术领域

本发明涉及材料领域，更具体地，涉及具有偏聚颗粒的固溶体薄膜及其制备方法。

背景技术

固溶体材料因为内部拥有两种或以上结构单元，具有很好的光学、电学和力学等特征应用在很多领域，如金属冶炼、传感器、能量存储器等。而固溶体的电介质薄膜材料更是具有很好的电学、磁学和光学等特性，应用在铁电光伏、压电自主能量传感器、柔性高灵敏、低功耗电子设备和器件中。在社会的发展和科技的进步中，起着关键的作用。然而，对固溶体的制备还停留在简单的掺杂阶段，并没有一个很好的方案指导固溶体材料的合成和进一步探索。另外，固溶体材料可以形成偏聚颗粒，有助于提升材料的多级界面，导致电学、光学等性能的提升，但目前对于偏聚颗粒还没有很好的认识。

发明内容

本发明提供了一种设计和制备具有偏聚颗粒固溶体的方法。利用固溶体材料内部拥有两种或以上晶胞结构，采用赝势方法计算出各个晶胞的结合能，并计算出它们之间的变化率。利用其变化率的大小所在的范围，预测偏聚颗粒能否在材料中形成。制备方法采用能耗较低、便于工业化、成本低的溶胶凝胶方法，制备了具有偏聚颗粒的(1-x)BaTiO₃-xBiMnO₃(x＝0.06、0.08、0.10、0.12)固溶体薄膜。

本发明提供了一种制备具有偏聚颗粒的固溶体薄膜的方法，包括：1)：将BaTiO₃和BiMnO₃的晶体信息导入到Materials Studio软件中，利用Castep模块计算固溶体中两种晶胞结构的结合能E₁和E₂；2)：求得结合能E₁和E₂之间的差的绝对值，用所得绝对值除以两晶胞中较大结合能，得到其结合能的差异率，判断差异率是否处在20％到40％之间，从而能够得知是否产生偏聚颗粒；3)：将硝酸铋、乙酸锰加入乙二醇甲醚中，得到第一溶液，将乙酸钡、钛酸四正丁酯加入乙二醇溶液中，得到第二溶液，在所述第一溶液和所述第二溶液中均加入乙酰丙酮，待澄清后将两者混合，搅拌直至澄清，并进行老化，获得前驱液；4)：将所述前驱液滴到衬底表面进行旋涂，之后进行烘烤、第一烧结、自然冷却；5)：重复步骤4)，镀膜12-18层，然后进行第二烧结、自然冷却，获得具有偏聚颗粒的固溶体薄膜。

在上述方法中，其中，所述具有偏聚颗粒的固溶体薄膜为具有偏聚颗粒的(1-x)BaTiO₃-xBiMnO₃固溶体薄膜，x为0.06、0.08、0.10或0.12。

在上述方法中，其中，进行所述老化包括老化7天。

在上述方法中，其中，将所述前驱液滴到衬底表面进行旋涂包括采用匀胶机在300转/分和5000转/分下分别匀胶12s和45s。

在上述方法中，其中，衬底为Pt/Ti/SiO₂/Si(100)衬底。

在上述方法中，其中，所述烘烤包括在280摄氏度烘烤5分钟。

在上述方法中，其中，所述第一烧结包括在700摄氏度下烧结5分钟。

在上述方法中，其中，所述第二烧结包括在700摄氏度下烧结20分钟。

本发明还提供了通过上述方法制备的具有偏聚颗粒的固溶体薄膜。