[发明专利]一种钛酸锶/钛酸铅单晶异质结复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种SrTiO₃/PbTiO₃单晶异质结复合材料及其制备方法，属于功能材料制备领域。

背景技术

SrTiO₃和PbTiO₃同为经典的ABO₃型钙钛矿氧化物，二者晶胞参数极为接近，PbTiO₃的{100}晶面与SrTiO₃的{100}晶面只有0.03％的晶格失配。从室温直至较低的温度(～4K)，SrTiO₃都没有呈现出铁电性，而温度达到4K以下则体现出本征量子顺电性。目前，大量的铁电-介电超晶格的研究体系多采用SrTiO₃/PbTiO₃、SrTiO₃/BaTiO₃的界面设计来探索介电环境中铁电极化的稳定性。计算表明，与多畴SrTiO₃/PbTiO₃超晶格相比，单畴SrTiO₃/PbTiO₃超晶格具有更强的铁电-反铁畸耦合以及高的压电响应。

PbTiO₃和SrTiO₃分别代表了最为典型的钙钛矿氧化物铁电与介电系统，其铁电-介电超晶格在铁电材料的研究中具有非常重要的理论与应用价值。但目前研究的SrTiO₃/PbTiO₃体系中，PbTiO₃基本为多畴结构，其界面较多、环境相对复杂，直接影响着人们对SrTiO₃/PbTiO₃界面本质的深入理解与结构的设计调控。

本发明以单晶单畴的PbTiO₃纳米片作为载体，采用水热法，制备得到了SrTiO₃/PbTiO₃复合单晶异质结。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本，工艺简单，过程易于控制的SrTiO₃/PbTiO₃单晶异质结复合材料及其制备方法，可获得高质量的异质结界面。

本发明的钛酸锶/钛酸铅单晶异质结复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将矿化剂NaOH加入反应釜内胆中，加入去离子水，搅拌5min，获得摩尔浓度为4mol/L的NaOH溶液；

2)将Sr(NO₃)₂、钛酸四正丁酯(TBOT)依次加入步骤1)所得溶液中，Sr(NO₃)₂与TBOT摩尔比为1:1，混合搅拌10-20min；

3)将单晶单畴结构的PbTiO₃纳米片加入步骤2)所得溶液，混合搅拌2-3h；

4)将步骤3)配制的含反应物溶液的反应釜内胆装入配套反应釜中，密封，在100-200℃下反应3min-24h，然后让反应釜自然冷却至室温，卸釜后，用去离子水和无水乙醇反复洗涤反应产物，过滤，烘干，获得SrTiO₃/PbTiO₃单晶异质结复合材料。

上述技术方案中，进一步的，所述的步骤2)获得的溶液中TBOT的摩尔浓度为0.003mol/L-0.04mol/L。

所述的反应釜为聚四氟乙烯内胆，不锈钢套件密闭的反应釜。

所述的硝酸锶、钛酸四正丁酯和氢氧化钠的纯度都不低于化学纯。

所述的钛酸铅纳米片采用单晶单畴结构的PbTiO₃纳米片，其制备方法可参考专利ZL201210036177.8，该纳米片具有规则的矩形形貌，横向尺寸为600-1100nm，厚度为120-180nm。

上述的方法制备获得的钛酸锶/钛酸铅单晶异质结复合结构，其中SrTiO₃包覆于PbTiO₃纳米片的一个极性面及四个侧边。SrTiO₃层的厚度为5-20nm。

本发明通过简单的水热反应，制备了一种具有高质量界面的SrTiO₃/PbTiO₃单晶异质结。本发明工艺过程简单，易于控制，无污染，成本低，易于生产。

附图说明

图1是本发明实例1制备的SrTiO₃/PbTiO₃单晶异质结的X射线衍射(XRD)图谱；