一種鋯鈦酸鋇鈣無鉛梯度厚膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋯鈦酸鋇鈣無鉛梯度厚膜的制備方法，該鋯鈦酸鋇鈣的化學通式為：(1-x)Ba(Ti0.8Zr0.2)O3-x(Ba0.7Ca0.3)TiO3。應用溶膠凝膠法制備不同成分的鋯鈦酸鋇鈣溶膠，依次在Pt/Ti/SiO2襯底上通過旋涂法涂覆，制備BZT-xBCT梯度厚膜，經過熱處理后得到無鉛鋯鈦酸鋇鈣梯度厚膜。該方法簡單可靠，工藝重復性好，可操作性強。本發(fā)明制備的鋯鈦酸鋇鈣無鉛梯度厚膜無孔隙、無裂紋、均勻度一致，兼具薄膜與體材料的優(yōu)點，可與半導體工藝兼容。
【專利說明】一種鋯鈦酸鋇鈣無鉛梯度厚膜的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及無鉛梯度厚膜的制備方法，具體是一種鋯鈦酸鋇鈣無鉛梯度厚膜的制備方法。
【背景技術】
[0002]壓電材料是能夠進行力-電能量轉換的智能材料，廣泛應用于航空、信息、生物、傳感等領域。鋯鈦酸鋇鈣無鉛壓電材料以優(yōu)越的壓電性能和環(huán)境友好性、生物兼容性而成為最有可能替代鋯鈦酸鉛(PZT)的壓電材料之一。大面積無孔隙、無裂紋、均勻度一致性的鋯鈦酸鋇鈣無鉛梯度厚膜同時具有薄膜與體材料的優(yōu)點，工作電壓低，工作頻率寬，靈敏度高，響應速度快，尺寸小可微型化、集成化且無界面效應，能夠兼容半導體工藝。
[0003]目前通過溶膠凝膠法和旋涂法制備鋯鈦酸鋇鈣無鉛梯度厚膜的制備方法未有報道。
【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明提供了一種鋯鈦酸鋇鈣無鉛梯度厚膜的制備方法，該方法簡單可靠，工藝重復性好，可操作性強。
[0005]本發(fā)明采用以下技術方案:一種鋯鈦酸鋇鈣無鉛梯度厚膜的制備方法，采用溶膠凝膠法和旋涂法制備，包括如下步驟:
步驟 1、以化學通式(1-X) Ba (Ti0.8Zr0.2) O3-X (Ba0.7Ca0.3) TiO3 為依據，其中 χ=0.6，按化學通式中的比例稱取乙酸鋇、一水乙酸鈣、鈦酸四丁酯、硝酸氧鋯，溶于冰醋酸、乙二醇甲醚和去離子水中，制得BZT-0.6BCT溶膠；
步驟 2、以化學通式(1-X)Ba(Tia8Zra2)O3-X(Baa7Caa3)TiO3 為依據，令 x=0.55,0.5,0.45，0.4，參照步驟 I 分別配置 BZT-0.55BCT 溶膠、ΒΖΤ-0.5BCT 溶膠、ΒΖΤ-0.45BCT 溶膠、BZT-0.4BCT 溶膠；
步驟3、將步驟I所述BZT-0.6BCT溶膠旋涂到Pt/Ti/Si02基底上，進行中間熱處理降溫后，在中間處理得到的膜上繼續(xù)旋涂步驟2所述BZT-xBCT溶膠，進行中間熱處理，降溫后重復涂膜直至最后一層旋涂；
步驟4、將步驟3所述旋涂至最后一層的濕膜進行最終熱處理，得到鋯鈦酸鋇鈣無鉛梯
度厚膜。
[0006]步驟3中所述中間熱處理工藝為先以10°C /min的速度升溫至150°C，保溫lOmin，再以2.50C /min的速度升溫至500°C，保溫30min，自然冷卻至室溫。
[0007]步驟3中所述旋涂順序依次為BZT-0.6BCT溶膠、BZT-0.55BCT溶膠、BZT-0.5BCT溶膠、BZT-0.45BCT 溶膠、BZT-0.4BCT 溶膠。
[0008]步驟4中所述最終熱處理工藝為先以10°C /min的速度升溫至150°C，保溫lOmin，再以2.5°C /min的速度升溫至500°C，保溫30min，最后以10-12°C /min的速度升溫至800°C，保溫 120min。【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是制備得到的鋯鈦酸鋇鈣無鉛梯度厚膜材料的TEM的斷面形貌圖；
圖2是制備得到的鋯鈦酸鋇鈣無鉛梯度厚膜材料的EDX鋇的成分變化圖；
圖3是制備得到的鋯鈦酸鋇鈣無鉛梯度厚膜材料的EDX鈣的成分變化圖；
圖4是制備得到的鋯鈦酸鋇鈣無鉛梯度厚膜材料的EDX鈦的成分變化圖；
圖5是制備得到的鋯鈦酸鋇鈣無鉛梯度厚膜材料的EDX鋯的成分變化圖；
圖6是制備得到的鋯鈦酸鋇鈣無鉛梯度厚膜材料的電滯回線測試圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結合實施例和附圖對本發(fā)明做更進一步的解釋。下列實施例僅用于說明本發(fā)明，但并不用來限定發(fā)明的實施范圍。
[0011 ]步驟 1、以化學通式(1-X) Ba (Ti0.8Zr0.2) 03_x (Ba0.7Ca0.3) TiO3 為依據，其中 χ=0.6，按化學通式中的比例稱取乙酸鋇、一水乙酸鈣、鈦酸四丁酯、硝酸氧鋯，溶于冰醋酸、乙二醇甲醚和去離子水中，制得BZT-0.6BCT溶膠；
步驟 2、以化學通式(1-X)Ba(Tia8Zra2)O3-X(Baa7Caa3)TiO3 為依據，令 x=0.55,0.5,0.45，0.4，參照步驟 I 分別配置 BZT-0.55BCT 溶膠、ΒΖΤ-0.5BCT 溶膠、ΒΖΤ-0.45BCT 溶膠、BZT-0.4BCT 溶膠；
步驟3、將步驟I所述BZT-0.6BCT前驅體液旋涂到Pt/Ti/Si02基底上，進行中間熱處理，先以10°C /min的速度升溫至150°C，保溫lOmin，再以2.5°C /min的速度升溫至500°C，保溫30min，自然冷卻至室溫，在得到的膜上繼續(xù)旋涂下一層BZT-xBCT溶膠，重復至最后一層旋涂，旋涂的順序依次為x=0.55，0.5,0.45，0.4 ；
步驟4、將步驟3所述旋涂至最后一層的濕膜進行最終熱處理，先以WV Mn的速度升溫至150°C，保溫lOmin，再以2.5°C /min的速度升溫至500°C，保溫30min，最后以10-12°C /min的速度升溫至800°C，保溫120min，自然冷卻至室溫，得到鋯鈦酸鋇鈣無鉛梯度厚膜。
[0012]實施例1
步驟 1、以化學通式(1-X)Ba(Ti0.8Zr0.2)O3-X(Baa7Ca0.3)TiO3 為依據，其中 χ=0.6，按化學通式中的比例稱取4.1887g乙酸鋇、0.6342g—水乙酸鈣，溶于9g冰醋酸和9g去離子水中攪拌均勻，配制成鋇鈣前驅體液；按化學通式中鈦鋯的比例稱取6.2619g鈦酸四丁酯、0.4276g硝酸氧鋯，溶于5.4g冰醋酸和18g乙二醇甲醚中，配制成鋯鈦前驅體液；將鋇鈣前驅體液和鋯鈦前驅體液攪拌均勻，制得BZT-0.6BCT溶膠；
步驟 2、以化學通式(1-X)Ba(Tia8Zra2)O3-X(Baa7Caa3)TiO3 為依據，令 x=0.55,0.5,
0.45，0.4，參照步驟 I 分別配置 BZT-0.55BCT 溶膠、ΒΖΤ-0.5BCT 溶膠、ΒΖΤ-0.45BCT 溶膠、BZT-0.4BCT 溶膠；
步驟3、將步驟I所述BZT-0.6BCT前驅體液旋涂到Pt/Ti/Si02基底上，進行中間熱處理，先以10°C /min的速度升溫至150°C,保溫IOmin,再以2.5°C /min的速度升溫至500°C，保溫30min，自然冷卻至室溫，在得到的膜上旋涂BZT-xBCT溶膠，進行中間熱處理，重復該過程至最后一層旋涂，旋涂的順序依次為BZT-0.55BCT溶膠、BZT-0.5BCT溶膠、BZT-0.45BCT 溶膠、ΒΖΤ-0.4BCT 溶膠；
步驟4、將步驟3所述旋涂至最后一層的濕膜進行最終熱處理，先以10°C /min的速度升溫至150°C，保溫lOmin，再以2.5°C /min的速度升溫至500°C，保溫30min，最后以10-12°C /min的速度升溫至800°C，保溫120min，自然冷卻至室溫，得到鋯鈦酸鋇鈣無鉛梯
度厚膜。
[0013]附圖1給出了本發(fā)明實施例1所得樣品的TEM斷面形貌圖，從圖中可看出在梯度厚膜中，各層層界面明顯，層厚均勻。梯度厚膜內越靠近基底越致密晶粒越細密。
[0014]附圖2-5給出了本發(fā)明實施例1所得樣品的鋇、鈣、鈦、鋯的EDX成分變化圖，表征了梯度模中不同元素的含量的縱向分布情況。從圖中可看出鋇和鋯元素從基底到表面百分含量逐漸增加，鈣和鈦元素從基底到表面百分含量逐漸減少，與鋯鈦酸鋇鈣梯度厚膜的理論設計值相符合。
[0015]附圖6給出了本發(fā)明實施例1所得樣品在不同電壓下的電滯回線測試圖，從圖中可看出實施例1所得樣品具備一定的鐵電性能。
[0016]在本說明書的描述中，參考術語“ 一個實施例”、“ 一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
[0017]盡管已經示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解:在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權利要求及其等同物限定。
【權利要求】
1.一種鋯鈦酸鋇鈣無鉛梯度厚膜的制備方法，其特征在于，使用旋涂法依次涂覆不同鈦鋯酸鋇和鈦酸鋇鈣比例的鋯鈦酸鋇鈣溶膠，制備梯度厚膜，具體包括如下步驟:
步驟 1、以化學通式(1-X) Ba (Ti0.8Zr0.2) O3-X (Ba0.7Ca0.3) TiO3 為依據，其中 χ=0.6，按化學通式中的比例稱取乙酸鋇、一水乙酸鈣、鈦酸四丁酯、硝酸氧鋯，溶于冰醋酸、乙二醇甲醚和去離子水中，制得ΒΖΤ-0.6BCT溶膠； 步驟 2、以化學通式(1-X)Ba(Tia8Zra2)O3-X(Baa7Caa3)TiO3 為依據，令 x=0.55,0.5,0.45，0.4，參照步驟1 分別配置 ΒΖΤ-0.55BCT 溶膠、ΒΖΤ-0.5BCT 溶膠、ΒΖΤ-0.45BCT 溶膠、ΒΖΤ-0.4BCT 溶膠； 步驟3、將步驟I所述ΒΖΤ-0.6BCT溶膠旋涂到Pt/Ti/Si02基底上，進行中間熱處理降溫后，在中間處理得到的膜上繼續(xù)旋涂步驟2所述BZT-xBCT溶膠，進行中間熱處理，降溫后重復涂膜直至最后一層旋涂； 步驟4、將步驟3所述旋涂至最后一層的濕膜進行最終熱處理，得到鋯鈦酸鋇鈣無鉛梯度厚膜。
2.根據權利要求1所述鋯鈦酸鋇鈣無鉛梯度厚膜的制備方法，其特征在于，步驟3中所述中間熱處理工藝為:先以10°C /min的速度升溫至150°C，保溫lOmin，再以2.5°C /min的速度升溫至500°C，保溫30min，自然冷卻至室溫。
3.根據權利要求1所述鋯鈦酸鋇鈣無鉛梯度厚膜的制備方法，其特征在于，步驟3中所述旋涂順序依次為ΒΖΤ-0.6BCT溶膠、ΒΖΤ-0.55BCT溶膠、ΒΖΤ-0.5BCT溶膠、ΒΖΤ-0.45BCT溶膠、BZT-0.4BCT溶膠。
4.根據權利要求1所述鋯鈦酸鋇鈣無鉛梯度厚膜的制備方法，其特征在于，步驟4中所述最終熱處理工藝為先以10°C /min的速度升溫至150°C，保溫lOmin，再以2.5°C /min的速度升溫至500°C，保溫30min，最后以10_12°C /min的速度升溫至800°C，保溫120min。
【文檔編號】C04B35/624GK103979962SQ201410226234
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月26日 優(yōu)先權日:2014年5月26日
【發(fā)明者】王增梅, 王歡歡, 蔡中蘭, 徐茜蕾 申請人:東南大學