[发明专利]一种热力学亚稳态稀土镍基氧化物材料的非真空合成方法

说明书

一种热力学亚稳态稀土镍基氧化物材料的非真空合成方法,属于无机功能材料领域，具体地是通过设计一种将湿化学旋涂法这一非真空沉积过程，并辅助与单晶衬底模板效应和高压退火过程相结合的综合效应，实现降低稀土镍基亚稳定氧化物多晶薄膜材料的生长自由能，从而实现热力学亚稳态稀土镍基氧化物材料的非真空合成。与以往所使用的脉冲激光沉积、磁控溅射、金属有机物化学气相沉积等真空方法相比，本发明所提供制备亚稳态稀土镍基钙钛矿化合物的方法不涉及任何真空沉积过程，方法简便，制备成本低廉。所制备材料具有温致、氢致金属绝缘体相转变特性，在制备功能电子器件、传感器、智能窗户等方面具有可观的应用价值。

技术领域

本发明属于无机功能材料领域，具体地涉及一种通过湿化学反应过程结合高氧气压力下的退火工艺实现热力学亚稳态稀土镍基氧化物材料的非真空合成方法。所制备材料具有温致、氢致金属绝缘体相转变特性，其应用价值体现在存储器件、传感器、智能变色窗、调制开关等方面。

背景技术

钙钛矿镍氧化物(RNiO₃，R为稀土元素或重金属元素，且不为镧元素)是一类典型的具有金属-绝缘体相转变特性的强关联电子氧化物，其在金属绝缘转变温度(T_MI)附近发生电阻率、红外透射率、红外反射率的突变【Phys.rev.b,2000,61(3):1756-1763；Phys.rev.lett,1999,82(19):3871-3874；Physical.Review.B,2001,64(64)；Physical.Review.Letters,2002,88(12):345–352】。ReNiO₃的金属绝缘转变特性受Re种类影响，如:在含半径较大镧系元素镍氧化物镍酸钕NdNiO₃中，其金属绝缘转变温度T_MI为200K，而在含半径较小的镍氧化物SmNiO₃，其T_MI约为400K。除改变稀土元素种类外，ReNiO₃的温致相变性能还可以通过外部净水压力，外延应力，异价掺杂，界面或表面极化等诸多方法实现进一步调节【Advanced Materials Letters,2010,44(11):86-105；Phys.rev.b,1992,45(14):8209；Journal of Solid State Chemistry,1995,120(1):157-163；Journalof Physics:Condensed Matter,2008,20(14):145216；Appl.Phys.Lett.,2007,91,192110；J.Mater.Chem.C,2014,2,3805；J.Mater.Chem.C,2013,1,2455】。这一独特优势大大提高了ReNiO₃温致相变特性的实际应用范围与应用前景如：SmNiO₃不仅可用于智能窗户，智能涂料，还可用于反红外侦察，光学存储器件，光通信等等领域【Journal of Physics D:Applied Physics,2007,40(16):4872；Lasers and Electro-Optics.IEEE,2016:FM3B.3】。除温致触发外，ReNiO₃的MIT相变还可以通过氢气气氛触发：通过氢元素(或碱金属元素)的电子掺杂作用可使ReNiO₃中镍元素电子轨道发生轨道重组而转变为强关联态，从而导致材料电阻率急剧增加【Nat.Commun.,2014,5,4860】。