[发明专利]一种无铅压电薄膜材料及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种功能陶瓷材料特别是压电材料及其加工方法，具体地说是一种无铅压电薄膜材料及其制备方法。

二、背景技术

压电材料是指具有压电效应的材料，其主要的特性是电致伸缩现象，也就是这种材料会因为电流的变化而产生形变。压电材料因为这一特性而成为重要的功能材料，它已在电介质材料、传感器和驱动器方面获得非常广泛的应用。将压电陶瓷集成化，其应用将更为广泛，它可以在微电子技术中用作移相器、延迟线、可调滤波器和非挥发性压电存储器的材料、微机电技术中用作驱动器和传感器的材料。压电薄膜材料因为其优越于块体材料的性能因而成为压电材料的一个重要的选择。但是目前应用最广泛、技术最成熟的是含铅的Pb(Zr，Ti)O₃(简写为PZT)多晶材料，但PZT这种材料在使用和制备过程中，由于成分中铅的易挥发性，由此引起铅污染的严峻问题，从而不可避免地会给环境和人类健康带来严重的危害。从环保的角度考虑，应逐步限制该种材料的使用，并最终淘汰该种压电材料的使用，为此迫切需要开发无铅的压电材料。2009年，西安交通大学任晓兵教授率领的研究小组制备出了一种性能超越传统含铅压电陶瓷(PZT)的无铅陶瓷材料，即锆钛酸钡钙，其压电性能超越了全世界使用了长达半个世纪、但对人体和环境有害的核心压电材料-锆钛酸铅(PZT)陶瓷。他们的研究结果显示：该无铅压电材料的压电系数高达620皮库仑/牛顿，超过了锆钛酸铅的压电系数(250-590皮库仑/牛顿)。因此使无铅压电材料替代含铅压电材料在微电子等高技术应用可能性成为现实。

L.N.Gao、J.W.Zhai、X.Yao三位所发表的Study of dielectric characteristics of graded Ba_1-xCa_xZr_0.05Ti_0.95O₃ thin films grown by a sol-gel process(J Sol-Gel Sci.Technol.2008，45(1)：51-55)公开了用螯合剂乙酰丙酮制备Ba_1-xCa_xZr_0.05Ti_0.95O₃(BCZT)材料的方法。W.Li，Z.Xu，R.Chu等发表的Large Piezoelectric Coefficient in(Ba_1-xCa_x)(Ti_0.96Sn_0.04)O₃ Lead-Free Ceramics(Journal of the American Ceramic Society，online)和Enhanced ferroelectric properties in(Ba_1-xCa_x)(Ti_0.96Sn_0.04)O₃ lead-free ceramics(Journal of the European Ceramic Society，online)公开了用固相法制备BCST材料的方法。

申请号200710040758、200310111534.3公开了钛酸锶钡薄膜材料的制备方法。

申请号200510030500.0公开了一个锡钛酸钡材料的制备方法。

申请号200910082788.4、200910114394.2和201010277864.X公开了固相法制备锆钛酸钡钙(BCZT)材料的方法。