本發(fā)明涉及一種具有電子功能材料的制備方法，更具體的說，是涉及一種利用溶膠凝膠制備鈦酸銅鈣薄膜的方法。
背景技術(shù)：
鈦酸銅鈣cacu3ti4o12(簡(jiǎn)稱ccto)屬于類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物，是近些年來發(fā)現(xiàn)的具有優(yōu)良電學(xué)性能的新型材料，其表現(xiàn)出巨大的介電常數(shù)(ε≈104～105)和低的介電損耗(tanδ≈0.03)，特別是在室溫附近很寬的溫度范圍內(nèi)(100～400k)，介電常數(shù)幾乎保持不變，表明其具有很好的熱穩(wěn)定性。另一方面，其電流電壓測(cè)試表現(xiàn)出明顯的非線性，其非線性系數(shù)達(dá)到912，性能遠(yuǎn)高于目前市場(chǎng)上壓敏電阻。
隨著微電子技術(shù)的逐步發(fā)展，器件正朝著小型化、集成化、低電壓和低能耗的方向發(fā)展，而ccto陶瓷薄膜的這些良好的綜合性能，使其有望在諸多高新技術(shù)領(lǐng)域中獲得廣泛的應(yīng)用。
目前薄膜制備技術(shù)可分為兩大類，即物理氣相沉積法和化學(xué)氣相沉積法?，F(xiàn)階段對(duì)于ccto薄膜的制備，主要有脈沖激光沉積法、化學(xué)氣相沉積、分子數(shù)外延溶和膠凝膠法等。傳統(tǒng)方法中以鈦酸丁酯作為鈦源來制備前驅(qū)體溶液，但是鈦酸丁酯容易與空氣中的水分發(fā)生水解，且還需滴加其他液體來抑制水解，制備方法復(fù)雜，成本高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，結(jié)合現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室條件，提供一種采用溶膠凝膠法結(jié)合旋轉(zhuǎn)涂覆技術(shù)來制備鈦酸銅鈣薄膜的方法，溶膠凝膠法的反應(yīng)在溶液中進(jìn)行，對(duì)于多組分其均勻度可以達(dá)到分子或者原子級(jí)，且成分控制準(zhǔn)確，易于進(jìn)行摻雜改性，所需成本低，制備周期短。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種利用溶膠凝膠制備鈦酸銅鈣薄膜的方法，包括以下步驟：
(1)基片清理
將氧化鋁基片置于裝有丙酮的燒杯中，通過超聲波清洗以去除基片表面的油污；再將基片置于裝有無水乙醇的燒杯中，通過超聲波清洗以去除基片表面殘留的丙酮；最后將基片放入烘箱中進(jìn)行干燥處理；
(2)制備cacu3ti4o12前驅(qū)體溶液
在裝有磁力攪拌子的容器中，加入乙二醇(hoch2)2作為溶劑；按照ca:cu:ti＝1:3:4的摩爾比稱取硝酸鈣、硝酸銅和硫酸氧鈦并放入乙二醇溶劑中，在50～70℃水浴下進(jìn)行磁力攪拌使藥品溶解，得到濃度為0.1～0.2mol/l的cacu3ti4o12溶液；
繼續(xù)磁力攪拌，同時(shí)逐滴滴加乙醇胺，調(diào)節(jié)cacu3ti4o12溶液的ph值至5～6，繼續(xù)攪拌后最終得到cacu3ti4o12前驅(qū)體溶液；
(3)旋轉(zhuǎn)涂覆法制備薄膜
將步驟(1)中清理后的氧化鋁基片吸附于臺(tái)式勻膠機(jī)上，將步驟(2)中制備的cacu3ti4o12前驅(qū)體溶液滴加到基片表面，調(diào)節(jié)勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速為2～3千轉(zhuǎn)/分，時(shí)間為20～30秒，進(jìn)行甩膠旋涂；
之后將基片放置于200～300℃的熱臺(tái)上進(jìn)行烘干預(yù)處理，時(shí)間為2～8min，使溶劑揮發(fā)，最終在氧化鋁基片上形成一層鈦酸銅鈣薄膜；
(4)重復(fù)步驟(3)，直到獲得所需厚度的鈦酸銅鈣薄膜；
(5)退火處理：將步驟(4)中得到的鈦酸銅鈣薄膜置于馬弗爐中進(jìn)行700～1000℃進(jìn)行退火處理，設(shè)置時(shí)間1～2h。
步驟(1)中所述超聲波清洗的時(shí)間均為5～10min。
步驟(2)中所述乙二醇(hoch2)2溶劑為3～8ml。
步驟(4)中鈦酸銅鈣薄膜的厚度為100～200nm。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來的有益效果是：
本發(fā)明使用溶膠凝膠法在氧化鋁基片上制備出了均勻致密的鈦酸銅鈣薄膜，與利用磁控濺射等方法制備的鈦酸銅鈣薄膜相比，本發(fā)明不需要價(jià)格昂貴的工藝設(shè)備，制備方法簡(jiǎn)單且重復(fù)性高，與傳統(tǒng)的以鈦酸丁酯作為鈦源來制備前驅(qū)體溶液相比，本發(fā)明使用的硫酸氧鈦不會(huì)與空氣中的水分發(fā)生水解，且無需在溶劑中 滴加酸來抑制水解，故能降低制備時(shí)對(duì)環(huán)境及設(shè)備的要求，并精確控制cacu3ti4o12溶液的濃度，而且價(jià)格低廉，節(jié)約的制備成本，制備方法簡(jiǎn)單且重復(fù)性高，為更好的制備以鈦酸銅鈣薄膜為基礎(chǔ)的敏感元件打下基礎(chǔ)。
附圖說明
圖1是對(duì)本發(fā)明氧化鋁基片上制備出的鈦酸銅鈣薄膜進(jìn)行xrd分析圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明所使用的化學(xué)原料均為分析純，其中鈦酸銅鈣(cacu3ti4o12)用簡(jiǎn)稱ccto代替。
具體實(shí)施方案如下：
1.基片清理
將氧化鋁基片置于裝有丙酮的燒杯中，超聲波進(jìn)行清洗10min，以去除基片表面的油污；再將基片置于裝有無水乙醇的燒杯中，超聲波進(jìn)行清洗10min，以去除基片表面殘留的丙酮；最后將基片放入烘箱中干燥處理。
2.制備ccto前驅(qū)體溶液
在裝有磁力攪拌子的容器中，加入5ml乙二醇(hoch2)2作為溶劑；按照ca:cu:ti＝1:3:4的摩爾比稱取硝酸鈣0.177g、硝酸銅0.544g和硫酸氧鈦0.587g并放入乙二醇溶劑中，在60℃水浴下攪拌3h使藥品充分溶解，此時(shí)獲得的ccto濃度約為0.15mol/l。最后，在磁力攪拌的同時(shí)緩慢滴加適量的乙醇胺，調(diào)節(jié)ph值至5，繼續(xù)充分?jǐn)嚢?h后獲得澄清的ccto前驅(qū)體溶液。
3.旋轉(zhuǎn)涂覆法制備薄膜
將步驟1中清理干凈的氧化鋁基片吸附于臺(tái)式勻膠機(jī)上，將適量的ccto前驅(qū)體溶液滴加到基片表面，調(diào)節(jié)勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速在3千轉(zhuǎn)/分，時(shí)間為20秒，進(jìn)行甩膠旋涂，然后將基片放置于300℃的熱臺(tái)上進(jìn)行5min的烘干預(yù)處理，使溶劑揮發(fā)，此時(shí)，氧化鋁基片上已形成一層ccto薄膜。
4.重復(fù)步驟3，直到獲得所需厚度的ccto薄膜。
5.退火處理
將步驟4中獲得的ccto薄膜置于馬弗爐中進(jìn)行800℃退火處理，保溫時(shí)間1h，隨爐冷卻至室溫，獲得致密、均勻的ccto薄膜。
本發(fā)明所列舉的各種原料，以及各原料所列舉的上下限取值、區(qū)間值都能實(shí) 現(xiàn)本發(fā)明；本發(fā)明的工藝參數(shù)(時(shí)間、溫度)的上下限取值、區(qū)間值也均能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一進(jìn)行舉例說明。
圖1是對(duì)本發(fā)明氧化鋁al2o3基片上制備出的ccto薄膜進(jìn)行xrd分析圖，從圖中可以看出除了較強(qiáng)的al2o3衍射峰外，還可以清楚的看到三個(gè)明顯的ccto衍射峰，證明了ccto薄膜的合成。