[发明专利]一种镨、铁共掺杂的钛酸锶多铁性薄膜及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及材料科学技术领域中多铁性薄膜的制备，具体的说是一种镨、铁共掺杂的钛酸锶多铁性薄膜及其制备工艺。

背景技术

单相多铁性材料是指同时表现出铁电性和磁性的单相化合物。由于各种铁性同处于一个体系中，它们之间不可避免将发生相互作用，从而可以实现不同功能间的互相调控，具有丰富的物理背景以及巨大的应用前景，因此成为最近几年凝聚态物理研究领域的热点之一。

目前绝大多数材料只在极低温下才表现出铁电性和磁性的共存，主要是一些锰氧化物，例如：BiMnO₃、YMnO₃和HoMnO₃等，这些材料磁转变温度都在100K以下，而且由于合成困难、制备成本高、需要高温高压等条件限制，离实际应用还有一定的距离。在所有的单相多铁材料中，BiFeO₃是最有希望得到应用的材料之一，其主要优点在于具有很高的铁电居里温度和反铁磁转变温度，是目前为止几乎唯一的同时在室温以上表现出铁电性和磁性的材料。但它也存在合成困难问题，并且由于样品中Bi挥发引起Fe变价和非化学计量比以及存在各种杂相等原因，BiFeO₃有很大漏电流，这使得BiFeO₃优异的性能特别是电滞回线难以呈现。因此，获得一种制备工艺简单且在室温下具有良好性能的单相多铁性材料，依然是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有单相多铁性材料相变温度低、合成困难和成本高等问题，提供一种镨、铁共掺杂的钛酸锶多铁性薄膜及其制备工艺，制备工艺简单，且制备的钛酸锶多铁性薄膜能够在室温下能够表现出铁电性和磁性。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种镨、铁共掺杂的钛酸锶多铁性薄膜，由分子式为Sr_1-xPr_xTi_1-yFe_yO₃的材料组成，其中，x的取值范围为0.025≤x≤0.075，y的取值范围为0.05≤y≤0.3。

一种镨、铁共掺杂的钛酸锶多铁性薄膜的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一、按Sr：Pr：Ti：Fe=（1-x）：x：（1-y）：y的摩尔比分别称取乙酸锶、氧化镨、钛酸丁酯和硝酸铁，备用；

步骤二、取容器将步骤一称取的乙酸锶全部溶解于乙酸中至形成透明无色溶液，其中，所加乙酸的体积与乙酸锶总重量的比例为4mL：1g，然后在溶液中加入乙二醇甲醚，使溶液中乙酸锶的摩尔浓度达到0.6~0.7mol/L，搅拌20~40min，然后再加入步骤一所称取的钛酸丁酯，搅拌20~40min，形成溶液A，备用；

步骤三、另取容器将步骤一称取的硝酸铁全部溶解于乙二醇甲醚中至形成透明无色溶液，其中，所加乙二醇甲醚的体积与硝酸铁总重量的比例为1.2mL：1g，搅拌20~40min后将其混合溶液加入到溶液A中，形成溶液B，备用；

步骤四、另取容器将步骤一称取的氧化镨全部溶解于质量百分比浓度为65~68%的浓硝酸中，其中，浓硝酸和乙酸的体积比为1：3.5，搅拌0.5~1h后，将其混合溶液加入到溶液B中，再取适量的乙二醇甲醚分别清洗步骤三和步骤四的容器，并将清洗液倒入到溶液B中，再在溶液B中加入乙二醇甲醚，使溶液B中乙酸锶的摩尔浓度达到0.2mol/L，然后搅拌6~8h，过滤得溶液C，备用；