[发明专利]钴掺杂铁钛酸铋多铁性薄膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜材料及制备方法，尤其是一种钴掺杂铁钛酸铋多铁性薄膜材料及其制备方法。

背景技术

多铁性材料是一种集磁性和电性于一身的多功能材料，不但具备铁磁和铁电等多种铁性共存，而且通过铁性的耦合协同作用如磁电效应(即材料在外磁场作用下产生电极化，或者在外电场作用下产生磁极化的特性)，把磁化强度和电极化强度等可以表征信息的极化矢量紧密地联系起来，这就提供了用不同手段在存储介质上读取或写入信息的途径；而进一步结合各种调控手段的优势，就有可能开发出全新概念的下一代信息存储功能器件，如四态存储器、多铁性内存、磁读电写硬盘等。因此，多铁性材料在自旋电子学和其它领域有着广阔的应用前景。目前，单相多铁性材料种类十分有限，要么是磁性转变温度或铁电转变温度很低，要么磁电效应很微弱，这对于其应用前景是一个巨大的瓶颈。为此，人们做出了多种尝试和努力，如分别使用脉冲激光沉积法、磁控溅射法和化学溶液沉积法制备出了具有Aurivillius相结构(通式为Bi₂A_n-1B_nO_3n+3)的化学式为Bi₅Fe_0.5Co_0.5Ti₃O₁₅的多铁性薄膜(n＝4)。但是，这种化学式为Bi₅Fe_0.5Co_0.5Ti₃O₁₅的多铁性薄膜和其制备方法均存在着不足之处，首先，化学式为Bi₅Fe_0.5Co_0.5Ti₃O₁₅的多铁性薄膜中虽存在着室温下铁磁和铁电共存的现象，却也有着剩余磁化强度和电极化强度较小的缺陷，制约了其的应用；其次，各种制备方法均无法获得优于化学式为Bi₅Fe_0.5Co_0.5Ti₃O₁₅的多铁性薄膜的剩余磁化强度和电极化强度的产物。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种具有较优剩余磁化强度和电极化强度的钴掺杂铁钛酸铋多铁性薄膜材料。

本发明要解决的另一个技术问题为提供一种上述钴掺杂铁钛酸铋多铁性薄膜材料的制备方法。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：钴掺杂铁钛酸铋多铁性薄膜材料由铋、铁、钴、钛和氧元素组成薄膜，特别是，

所述薄膜为化学式为Bi₆Fe_2-xCo_xTi₃O₁₈的多铁性薄膜，所述化学式Bi₆Fe_2-xCo_xTi₃O₁₈中的Bi为铋、Fe为铁、Co为钴、Ti为钛、O为氧、0＜x≤1；

所述多铁性薄膜的厚度为≥400nm，其由致密排列的颗粒构成，所述颗粒的粒径为20～100nm。

为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为：上述钴掺杂铁钛酸铋多铁性薄膜材料的制备方法包括化学溶液沉积法，特别是完成步骤如下：

步骤1，按照铋、铁、钴和钛的摩尔比为6.05∶2-x∶x∶3的比例，其中，0＜x≤1，称量硝酸铋、硝酸铁、乙酸钴和正丁醇钛后，先依次分别将硝酸铋、硝酸铁、乙酸钴和正丁醇钛加入到70～80℃的搅拌下的乙酸和乙酰丙酮的混合溶液中至其完全溶解，再于室温下搅拌至少5h，得到浓度为0.1～0.15mol/L的前驱体溶液，其中，乙酸与乙酰丙酮的摩尔比为3.5～4.5∶5.5～6.5；

步骤2，先将前驱体溶液涂敷至基底上后，于90～110℃下加热至少5min，得到其上覆有凝胶膜的基底，再将其上覆有凝胶膜的基底置于380～420℃下热解至少10min，得到其上覆有薄膜的基底；

步骤3，先重复步骤2的次数至少5次后，将得到的其上覆有多层薄膜的基底置于680～720℃的氧气氛中退火至少30min，再使用物理的方法分离多层薄膜与基底，制得钴掺杂铁钛酸铋多铁性薄膜材料。