[发明专利]一种Mg2+

说明书

本发明提供了一种Mg^2＋/K^＋异种离子交替掺杂的BST挠曲电薄膜及其制备方法，属于膜材料制备技术领域；在本发明中，分别制备了Mg^2＋掺杂M‑BST溶胶和K^＋掺杂K‑BST溶胶，然后制备Mg^2＋/K^＋异种离子交替掺杂的薄膜，所述Mg^2＋/K^＋异种离子交替掺杂的薄膜拥有较高的挠曲电性能，在微型传感器等领域有着广泛的应用前景，且设备简单、成本低廉、重复性好、后处理方便。

技术领域

本发明属于膜材料制备技术领域，涉及一种Mg^2＋/K^＋异种离子交替掺杂的BST挠曲电薄膜及其制备方法。

背景技术

近年来，由于电子元器件的集成度越来越高，对介电和挠曲电材料的性能要求更高。钛酸锶钡（BST，，分子式Ba_1-xSr_xTiO₃）薄膜是一种介电和挠曲电材料，是钛酸钡(BaTiO₃ ) 和钛酸锶 ( SrTiO₃ )的无限固溶体，钛酸钡的居里温度点一般在120℃左右，而钛酸锶的居里温度点一般在-250℃左右，这两种材料能无限固溶，改变它们之间的比例可以调节钛酸锶钡的居里温度点，提高介电常数，降低介电损耗。BST是目前公认的挠曲电性能优异的材料，但是，不掺杂的BST性能单一，无法根据应用的需求调节其介电和挠曲电性能。

掺杂改性是改善BST薄膜介电性能的一个重要手段，一般采用单一离子掺杂，单一离子掺杂是通过引入杂质离子，取代BST钙钛矿结构中的A位（Ba²⁺、Sr²⁺）或者B位（Ti⁴⁺）离子，进而利用引入的杂质离子本身的特性来提高薄膜的综合性能。单一离子掺杂虽然在改善薄膜表面形貌、提高薄膜质量、改善薄膜电学性能等方面发挥了重要的作用，尽管具有降低载流子的浓度，降低介电损耗的优势；但是无法在降低介电损耗的同时降低薄膜漏电流密度。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种Mg^2＋/K^＋异种离子交替掺杂的BST挠曲电薄膜及其制备方法。在本发明中，分别制备了Mg^2＋掺杂M-BST溶胶和K^＋掺杂K-BST溶胶，然后制备Mg^2＋/K^＋异种离子交替掺杂的薄膜，所述Mg^2＋/K^＋异种离子交替掺杂的薄膜拥有较高的挠曲电性能，在微型传感器等领域有着广泛的应用前景，且设备简单、成本低廉、重复性好、后处理方便。

本发明中首先提供了一种Mg^2＋/K^＋异种离子交替掺杂的薄膜，所述Mg^2＋/K^＋异种离子交替掺杂的薄膜由Mg^2＋掺杂BST薄膜层和K⁺掺杂的K-BST层交替构成，其中，K⁺掺杂为A位掺杂，取代Ba²⁺、Sr²⁺离子，Mg²⁺掺杂为B位掺杂，取代Ti⁴⁺离子。

本发明中还提供了上述Mg^2＋/K^＋异种离子交替掺杂的薄膜的制备方法，包括：

（1）Mg^2＋掺杂BST溶胶的制备：

将乙酸钡、乙酸锶、四水乙酸镁溶于乙酸中，然后加入含有钛酸正四丁酯、乙酰丙酮的乙二醇甲醚，加入乙二醇，搅拌，乙酸调节pH，得到所述Mg^2＋掺杂BST溶胶，记作M-BST溶胶。

其中，乙酸钡、乙酸锶、钛酸正四丁酯、乙酰丙酮的摩尔比为0.65:0.35:1:2；四水乙酸镁的含量不超过M-BST溶胶的10mol%；乙酸、乙二醇的体积比为3:1；所述pH为3.5～4.3。