[发明专利]晶界层型结构BaTiO3复合膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷膜的制备方法，特别涉及一种晶界层型结构BaTiO₃复合膜的制备方法。

背景技术

随着电子科技向小型化、高密度化的发展，电子陶瓷以其独特的电、磁、声、光、热、力等性能受到关注。根据结构及原理，可将半导体陶瓷电容器分为表面层型和晶界层型两类，表面层型是在半导体陶瓷材料的表面上形成绝缘层作为介质层，而边界层型则是在半导体化陶瓷晶体的晶界处形成绝缘层，从而形成多个串、并联的电容器网络。器的串并联，最终得到很高的介电常数。BaTiO₃是一种具有极高介电常数的铁电材料，在多层陶瓷电容器和介质放大器中得到了广泛的应用。但是BaTiO₃的烧结温度较高，因此早期的边界层陶瓷电容器的烧结工艺都是高温二次烧成，这不仅会增加能耗，造成环境污染，且使用高温银浆而具有较高的成本。而采用掺杂改性、加入助熔剂、形成低温玻璃相等降低BaTiO₃烧结温度的方法，由于受到粉体纯度、粒度大小不均等因素的影响，颗粒之间难以混合均匀，造成显微结构的不均性。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种晶界层型结构BaTiO₃复合膜的制备方法，制备产物晶粒大小、分布均匀，结合紧密，且生产工艺简单、周期短、所需设备简单，能耗低。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

晶界层型结构BaTiO₃复合膜的制备方法，包括以下步骤：

第一步，将等量的两份柠檬酸分别溶于质量浓度为25～28％的氨水中，氨水以能溶解柠檬酸为准，再将摩尔比为1∶1的钛酸丁酯和醋酸钡分别溶于上述两份柠檬酸溶液中形成溶液A和溶液B，钛酸丁酯和醋酸钡的摩尔数之和与柠檬酸总量的摩尔比为1∶1.5～2.5，将溶液A与溶液B充分混合，加入氨水体积总量1/3～1/2的无水乙醇，并用氨水调PH值至5.0～7.0，再加入柠檬酸总质量1/3～1/2的聚乙二醇，搅拌均匀，经80～90℃水浴蒸发至湿凝胶，再将湿凝胶150℃干燥及700～750℃煅烧后获得钛酸钡颗粒；

第二步，将3～5g制得的钛酸钡颗粒超声分散于50ml异丙醇中，连续搅拌下加入苯乙烯，其中摩尔比为n_苯乙烯∶n_钛酸钡＝2～3∶1，通氮气，在65℃下回流情况下滴加浓度为1～2mol/L的过氧化苯甲酰-异丙醇溶液，其中过氧化苯甲酰-异丙醇溶液体积为苯乙烯混合液体积的1～2％，反应20～24h后，将沉淀物分别用甲苯和无水乙醇洗涤，在35～40℃下干燥即获得聚苯乙烯包裹的钛酸钡颗粒，其中：n_苯乙烯表示苯乙烯的物质的量，n_钛酸钡表示钛酸钡的物质的量；

第三步，将所制备聚苯乙烯包裹的钛酸钡颗粒超声分散于有机溶剂中，超声时间为2～3h，得到悬浮液，其颗粒的质量分数为1％～2％，将基底垂直浸入已放置平稳的悬浮液中，在40～50℃下真空干燥，待溶液完全蒸发后，在基底表面生长出一层核壳结构胶体晶体；

第四步，将核壳结构胶体晶体在400～500℃下煅烧4～6h，即获得非密堆蛋白石BaTiO₃胶体晶体；

第五步，将非密堆蛋白石BaTiO₃胶体晶体浸入硝酸铜的饱和溶液，在超声搅拌下滴加入浓度为2mol/LNaOH溶液，硝酸铜与NaOH的摩尔比为1∶2，反应30min后提拉出膜，100～150℃下干燥脱水，再经1150～1250℃煅烧即得晶界层型结构BaTiO₃复合膜。

所述第三步中有机溶剂为乙醇、甲醇、丙酮、乙腈或者异丙醇。

所述第三步中基底为载玻片、ITO玻璃或者硅片。

所述第五步中提拉出膜后，先用滤纸吸取表面过剩的胶体，然后才进行干燥。

与现有技术相比，本发明以聚苯乙烯包裹钛酸钡颗粒形成核壳结构颗粒，将核壳结构颗粒组装形成胶体晶体，再经煅烧去除聚苯乙烯后获得非密堆蛋白石型钛酸钡胶体晶体，再将其浸入硝酸铜饱和溶液中，再经沉淀反应、干燥脱水、煅烧后即获得晶界层型结构BaTiO₃复合膜。这样晶界层型结构陶瓷膜中各晶粒大小、分布均匀，结合紧密，且避免了如钛酸钡一类晶界和晶粒内部氧扩散速度过快以及两速度相差太小的物质难以形成核壳结构的情况。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例一