[发明专利]一种钙钛矿结构陶瓷溶胶的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及陶瓷溶胶制备方法，特别是一种钙钛矿结构陶瓷溶胶的制备方法。

背景技术：

近年来，由于铁电薄膜具有优良的铁电、热释电、压电和介电等特性，在器件的集成化和小型化方面具有广阔的应用前景，可应用于存储器、微波器件、驱动器等领域，是目前高新技术研究的前沿和热点之一，获得了研究者的广泛关注。

钙钛矿型铁电体是铁电材料中为数最多的一类，其通式为ABO₃，其中A为+1或+2或+3价金属，相应地B则为+5、+4或+3价金属。钛酸钡(BaTiO₃，BTO)、钛酸锶(SrTiO₃，STO)和钛酸锶钡(Ba_xSr_1-xTiO₃，BST)等常见的铁电材料均为钙钛矿结构。

此外，对于制备高质量的铁电薄膜来说，由于电极材料的性质直接影响着铁电薄膜的性能，因此采用合适的电极材料非常重要。传统的Pt电极会由于与铁电材料晶格不匹配等问题而导致器件的性能下降。

目前关于电极材料的研究重点，已转向了具有钙钛矿结构的金属氧化物，如LaNiO₃、SrRuO₃及La_0.5Sr_0.5CoO₃等，其晶格常数可与钙钛矿结构铁电材料相匹配。从而可以减少铁电薄膜的漏电流和极化疲劳。

溶胶-凝胶法由于具有成本低、化学计量准确、易于对材料进行掺杂改性等优点，是制备钙钛矿型铁电材料及电极材料的主要方法之一。此方法所配溶胶的质量直接决定着薄膜的性能，但由于溶胶配制过程与水分含量、天气湿度等因素均有关，所配溶胶往往稳定性不好、成膜性差，因此配制性能稳定的溶胶是制备钙钛矿型陶瓷薄膜的首要问题。

发明内容：

本发明是要解决现有的方法所配制的溶胶稳定性不好、成膜性差的问题，而提供一种钙钛矿结构陶瓷溶胶的制备方法。

本发明的一种钙钛矿结构陶瓷溶胶的制备方法，是按照如下步骤进行：一、水解过程：将制备钙钛矿结构陶瓷溶胶的原料加入到混合溶剂中，室温下搅拌至充分溶解，得混合溶液待用；二、脱水过程：将脱水剂与步骤一制得的混合溶液搅拌混合，再加入稳定剂，然后在20～40℃条件下持续搅拌0.5～2小时，即得所要配制的陶瓷溶液；三、聚合过程：将步骤二制得的陶瓷溶液在室温下静置1～4天，即得钙钛矿结构陶瓷溶胶；步骤一中所述的混合溶剂由去离子水、冰乙酸与乙二醇甲醚组成，其中去离子水与冰乙酸体积比为1∶2～15，去离子水与乙二醇甲醚的体积比为1∶6～30；步骤二中所述的稳定剂为聚乙烯醇或聚乙二醇400，所加入稳定剂的体积为步骤一制得的混合溶液体积的5％～15％；步骤二中所述的脱水剂为乙酸酐，加入乙酸酐摩尔数为步骤一混合溶剂的去离子水摩尔数与步骤一制备钙钛矿结构陶瓷溶胶的原料中所含结晶水摩尔数总和的1.01～1.2倍。

本发明方法通过增加脱水过程，成功制备了成分均一、成膜性好的陶瓷溶胶。本发明所配制溶胶在室温下可稳定存放1个月以上。通过对原料试剂配比的调节实现对溶胶成分的控制，溶剂中所加入的去离子先使部分原料试剂溶解，从而使已溶解试剂中的结晶水变为自由水，进而使原料试剂全部溶解。此制备方法实用性强，可广泛应用于钙钛矿结构陶瓷溶胶的配制。本方法制备工艺简单、无需特殊的实验设备、反应时间短、成本低，易于产业化。

附图说明：

图1为LaNiO₃溶胶中所观察到的丁达尔现象照片；

图2为旋涂4层的LaNiO₃薄膜沉积在SiO₂/Si衬底上的原子力显微镜图像；

图3为BaTiO₃溶胶中所观察到的丁达尔现象照片；

图4为旋涂6层的BaTiO₃薄膜沉积在LaNiO₃/SiO₂/Si衬底上的原子力显微镜图像。

具体实施方式：

结合以下实施方式对本发明作进一步描述。本发明不局限于以下所列举具体实施方式。