[发明专利]一种超薄铌酸钾钠基柔性压电薄膜材料及其制备方法

说明书

本发明提出一种超薄铌酸钾钠基柔性压电薄膜材料及其制备方法，化学分子式为：(1‑x)(K_0.48Na_0.48Li_0.02) Nb_0.8Ta_0.2O₃‑xLn(Zr_1‑yTi_y)O₃ (KNN‑LT)，其中Ln为Ca，Ba及Sr中的一种或多种；x和y为摩尔数，0x0.1，0≤y≤1。采用激光分子束外延法（Laser Molecular Beam Epitaxy，LMBE）,利用水溶性的Sr₃Al₂O₆作为牺牲层制备超薄柔性压电薄膜。制备的KNN‑LT靶材性能优良且稳定，可满足正常使用需求。制备的柔性薄膜表面平整、组分精确、柔性好、厚度薄可接近临界厚度及制备合格率高。

技术领域

本发明涉及无铅压电陶瓷技术领域，尤其涉及一种超薄铌酸钾钠基柔性压电薄膜材料及其制备方法。

背景技术

柔性压电薄膜因为其优异的性能被广泛用于柔性传感器、存储器、储能设备、植入式生物医疗电子、可卷曲电子显示屏等领域。但是随着纳米技术及生物探测技术的快速发展，对压电薄膜在厚度以及性能上的要求越来越高。目前，柔性压电薄膜的主要制备方法有脉冲沉积法、磁控溅射法、溶胶凝胶等方法，但是上述方法在厚度和性能上很难再有突破。西安交大刘明教授等人利用激光分子束外延法（Laser Molecular Beam Epitaxy，LMBE）制备了性能优良的自支撑的单晶胞层厚度的SrTiO₃薄膜，目前鲜有报道将此技术应用到制备性能优良的超薄压电薄膜。因此，可尝试用LMBE法制备超薄压电薄膜。

锆钛酸铅（PZT）因为其具有良好的压电性能、机电耦合特性、高居里温度点等众多优异性能，其被广泛应用于压电薄膜，然而随着人类对生态环境的逐渐重视，由于铅对环境具有危害性而被各个国家限制使用，因此急需找寻一种性能相近的环境友好型材料作为替代。掺杂改良后的铌酸钾钠（KNN）基陶瓷由于具有与PZT相比拟的物理性能，被认为是最有可能取代PZT材料的候选材料之一。因此，本专利用固相反应法制备了KNN基陶瓷，以此为靶材，利用LMBE法制备超薄压电薄膜。

发明内容

技术问题：铅基材料污染环境以及超薄压电薄膜制备过程中合格率不高。

为了解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种超薄铌酸钾钠基柔性压电薄膜材料，其化学分子式为：(1-x)(K_0.48Na_0.48Li_0.02)Nb_0.8Ta_0.2O₃-xLn(Zr_1-yTi_y)O₃ (KNN-LT)，其中Ln为Ca，Ba及Sr中的一种或多种；x和y 为摩尔数，0x0.1，0≤y≤1。

本发明还提供一种超薄铌酸钾钠基柔性压电薄膜材料的制备方法，该方法包括Sr3Al2O6靶材制备、KNN-LT靶材制备以及KNN-NBT薄膜制备。

A. Sr₃Al₂O₆靶材制备：利用传统固相反应法制备Sr₃Al₂O₆靶材，包括以下步骤：