[发明专利]电泳沉积和溶胶-凝胶相结合制备铁电-铁磁复合厚膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于电子材料与器件领域，具体涉及一种电泳沉积和溶胶-凝胶相结合制备铁电-铁磁复合厚膜的方法。

背景技术

近年来，磁电材料作为一类非常重要的功能材料，广泛用于磁记录、滤波器、传感器、多层片式电感及量子计算机等领域，引起了人们的广泛关注。磁电材料可分为单相磁电材料和复合磁电材料。但到目前为止，所研究的单相材料的磁电耦合系数较小，并且它们的居里温度一般低于室温，当温度升高到居里温度时，磁电耦合系数降到零，因此，单相铁电-铁磁材料的应用受到了限制。现在人们多以复合磁电材料为研究对象，将具有铁电性的材料与铁磁性的材料进行复合。这些铁电、铁磁材料主要有BaTiO₃，Pb(Zr，Ti)O₃，CoFe₂O₄，NiFe₂O₄等。这种铁电-铁磁复合材料同时具有铁电相和铁磁相，对外同时呈现铁电性和铁磁性。除了具有单一材料的各种性能外，由于电极化和磁化之间的耦合作用，还会出现许多新的性能如磁电效应，除此之外，目前研究还发现利用他们本征的铁电和铁磁有序耦合的性质，不仅可以确定材料的磁性性质，还在制作“理想”回相器、高密度存储器、多态记忆单元、电场控制的磁共振装置、磁场控制的压电传感器和电场控制的压磁传感器等方面有广阔的应用前景和极高的研究价值。其中，铁电-铁磁厚薄膜复合材料与块状复合材料相比有许多独特的优点：铁电相与铁磁相的复合和连接可以在微小的范围内调节，实现两相在纳米尺度上的耦合；薄膜异质结构磁电耦合系数较高。

目前，有多种制备磁电复合材料的方法，如传统的固体陶瓷烧结法，脉冲激光沉积法，溶胶-凝胶法，射频溅射法，化学溶液沉积法等。在厚薄膜的制备工艺中，电泳沉积成膜具有设备简单、成膜面积大、器件形状不受限制等优势。溶胶-凝胶也以其化学计量比控制准确、成膜面积大且均匀、设备简单等优点而为人们所广泛采用。利用电泳沉积的方法制备铁酸钴厚膜，再用溶胶凝胶方法涂覆钛酸钡凝胶薄膜层，钛酸钡溶胶可以填充铁酸钴粉体颗粒之间的空隙，将铁酸钴粉体颗粒包裹起来，从而形成致密均匀的复合厚膜。到目前为止，采用电泳沉积和溶胶-凝胶相结合的方法制备铁电-铁磁复合厚膜的内容还鲜有报道。

发明内容

本发明是为了提供一种简单可行的电泳沉积结合溶胶凝胶的合成方法，制备一种具有良好的磁电性能的铁电-铁磁复合厚膜，可以应用于制备厚膜传感器、微位移器、反馈系统。其特征在于设备简单，成本低、成膜快。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种铁电-铁磁复合厚膜，先按照电泳沉积方法制备一定厚度的铁酸钴(CoFe₂O₄)厚膜，再用溶胶凝胶方法涂覆BaTiO₃薄膜后经高温热处理制得。

本发明中电泳沉积所采用的化学原料为铁酸钴纳米粉体，溶剂为正丁醇。溶胶凝胶所采用的化学原料为醋酸钡及钛酸四正丁酯，溶剂为冰醋酸，乙酰丙酮为螯合剂。

本发明的电泳沉积和溶胶-凝胶相结合制备铁电-铁磁复合厚膜的方法包括以下步骤：

1、先将铁酸钴粉体按照一定的质量称量后，加入到分散溶剂中搅拌并超声分散，制成浓度均匀的悬浮液；

2、将电极放置在分散好的溶剂中，保持两极板平行；

3、在恒电场条件下，电泳沉积后获得铁酸钴厚膜；

4、将电泳完毕后所得铁酸钴厚膜进行等静压处理；

5、将经过等静压处理的铁酸钴厚膜在600℃-700℃的环境下热处理30-60分钟；

6、将醋酸钡((CH₃COO)₂Ba)在冰醋酸溶液中加热至沸腾，待冷却至室温时，再加入钛酸四正丁酯(Ti(OC₄H₉)₄)和乙酰丙酮(CH₃COCH₂COCH₃)的混合溶液，形成BaTiO₃溶液，用冰醋酸调整使得溶液中BaTiO₃的摩尔浓度至0.10～0.30M，放置20-30小时后形成前驱体溶胶；

7、将步骤6中获得的溶胶通过旋转涂覆的方法在步骤5中制备的铁酸钴厚膜上制成凝胶膜；

8、涂覆好的凝胶膜通过热处理制得铁电-铁磁复合厚膜。