[发明专利]一种低温下制备六方相BMN薄膜/粉体的方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种低温下制备六方相BMN薄膜/粉体的方法。

背景技术

复合钙钛矿结构Ba(B'_l/3B"_2/3)O₃(B'＝Zn,Mg,Ni,Co等；B"＝Ta,Nb)体系由于具有其他体系无可比拟的优异性能，是研究的最广泛的一类低损耗微波介电陶瓷，其中铌镁酸钡Ba(Mg_1/3Nb_2/3)O₃(BMN)一直是研究的热点，取得了最广泛的研究，并且被商业化生产应用到无线通讯设备中。尤其是具有六方相结构的铌镁酸钡Ba(Mg_1/3Nb_2/3)O₃陶瓷陶瓷拥有良好的频率温度稳定性、高的品质因数和适中的介电常数，并作为介质谐振器、介质滤波器、介质天线等器件广泛的应用在无线移动通讯、卫星通信、卫星定位导航、雷达等众多领域。

研究发现，陶瓷材料的本征和非本征损耗都是影响其品质因子的重要因素。提高B位的有序度，使其各种缺陷(畴界、空间电荷等)减少，从而降低Ba(B'_l/3B"_2/3)O₃化合物陶瓷微波介电损耗。因此，提高BMN陶瓷的1:2有序度可以降低损耗，从而提高其介电性能。在过去的研究中，采用固相合成法制备BMN陶瓷，必须要到1400℃才能获得纯钙钛矿相的BMN陶瓷。同时采用改进燃烧合成法制备BMN粉体，至少要在800℃下才能得到纯钙钛矿结构的BMN粉体。但是就BMN薄膜而言，由于基底限制，薄膜的生长会受到基底晶格失配，籽晶成核等复杂因素的影响，退火温度不能太高，因此，能在低温下制备六方相的BMN薄膜很有意义。

通常情况下制备介电薄膜的方法主要有物理法和化学法两种，物理法比如磁控溅射、脉冲激光沉积，虽然物理方法不易引入杂质、污染少，但是设备昂贵，且通常需要原材料易于蒸发和溅射，有一定的局限性。化学法主要是溶胶凝胶法和金属有机溶液沉积法，优点是可以高精度的薄膜成分控制，可以大面积成膜，较低的设备要求。其缺点是所用的原材料金属醇盐，价格十分昂贵，而且极易水解，制备过程要求极其苛刻。而且溶剂多为乙酸、乙二醇甲醚和2-氧基乙醇等有机溶剂，对环境和人的身体健康有很大的危害。而且其制备的BMN薄膜没有发现具有六方相的结构。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种低温下制备六方相BMN薄膜/粉体的方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种低温下制备六方相BMN薄膜/粉体的方法，包括如下步骤：

(1)制备过氧-Nb-柠檬酸溶液；

(2)采用水溶液凝胶法制备BMN前驱体溶液：a.将碱式碳酸镁加入到柠檬酸中，40℃～60℃加热搅拌条件下，调节pH值7～9，搅拌至澄清，得到Mg-CA前驱体溶液；b.将碳酸钡加入到柠檬酸中，40℃～60℃加热搅拌条件下，调节pH值7～9，搅拌至澄清，得到Ba-CA前驱体溶液；c.将Ba-CA前驱体溶液加入到过氧-Nb-柠檬酸溶液中，40℃～60℃加热搅拌条件下，调节pH值7～9，得到Ba-Nb-CA前驱体溶液；d.将Mg-CA前驱体溶液加入到Ba-Nb-CA前驱体溶液，再加入适量柠檬酸，40℃～60℃加热搅拌条件下，调节pH值7～9，继续搅拌1h，过滤，然后再向滤液中加入乙醇胺作为稳定剂，40℃～60℃加热搅拌1h，得到BMN前驱体溶液；

(3)将BMN前驱体液煅烧后制备得到六方相BMN粉体；或将BMN前驱体液采用旋涂法制备得到六方相BMN薄膜。

上述方案中，步骤(1)所述过氧-Nb-柠檬酸溶液的制备方法包括如下步骤：称取Nb₂O₅和KOH，混合研磨后倒入坩埚，以每分钟5℃的速率升温至550℃，保温2.5h，慢慢加水溶解，转移至烧杯中静置一天一夜，过滤取上清液，并加入盐酸调节pH值1～2，静置一段时间，加超纯水抽滤，完全去除Cl^-1，得到铌酸胶体(Nb₂O₅·5H₂O)，然后加入柠檬酸，双氧水，在65℃下加热搅拌5～10h，得到过氧-Nb-柠檬酸溶液。

上述方案中，步骤(1)所述Nb₂O₅与KOH的摩尔比为1：20。