专利名称：掺镧锆钛酸铅薄膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种掺镧锆钛酸铅薄膜的制备方法。
背景技术：
文献“Ferroelectric properties of an epitaxial lead zirconate titanate thin filmdeposited by a hydrothermal method below the Curie temperature，Appled PhysicsLetters，84(25)，2004”介绍了Hitoshi Morioka等人用水热制备锆钛酸铅薄膜的方法，他们所采用的原料都是比较昂贵的可溶性盐类，制成的锆钛酸铅薄膜厚度为0.5μm，薄膜面积5mm×15mm。
发明内容
为了克服现有技术所用原料限制为可昂贵的溶性盐类以及所制成的锆钛酸铅薄膜厚度薄、面积小的不足，本发明提供一种掺镧锆钛酸铅薄膜的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种掺镧锆钛酸铅薄膜的制备方法，其特征在于，包括下述步骤1)将化学纯氧化铅、化学纯氧化钛、化学纯氧化锆和化学纯三氧化二镧按化学计量比为Pb1-xLax(Zr1-yTiy)1-x/4O3配料，其中0＜x≤0.15，30≤y≤58，然后称量化学纯氢氧化钾作为矿化剂，矿化剂浓度为0.6～1ml/L；2)将上述所有物料倒入加热釜中，按照80％的填充度加入去离子水，搅拌混合均匀；3)将金属钛质的基底水平悬挂在距离釜底20～50mm高的混合溶液中，以1～3℃/min的加热速率加热到140～150℃，保温8～12小时后随炉冷却至室温；4)从加热釜中取出制备好的掺镧锆钛酸铅薄膜，用去离子水冲洗，直到清洗的去离子水呈中性为止，然后自然干燥。
本发明的有益效果是，由于采用了便宜的难溶性氧化物为原料，有效的降低了制备成本，拓宽了制备掺镧锆钛酸铅薄膜的原料来源；由于难溶性氧化物原料生长的晶粒尺寸较大，所制备薄膜的厚度从现有技术的0.5μm增加到85～156μm；由于采用金属钛为基底，所制备薄膜的面积从5mm×15mm增加到15mm×20mm。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是Pb0.94La0.06(Zr0.65Ti0.35)0.985O3薄膜在140℃保温8小时的显微形貌照片和X衍射图谱，矿化剂浓度0.6ml/L。
图2是Pb0.94La0.06(Zr0.65Ti0.35)0.985O3薄膜在150℃保温8小时的显微形貌照片和X衍射图谱，矿化剂浓度1ml/L。
具体实施例方式
实施例1，称取化学纯黄色氧化铅1.5151g，氧化钛0.1158g，化学纯氧化锆0.3310g，化学纯三氧化二镧0.0456g；按照浓度0.6ml/L称量化学纯氢氧化钾1.4370g。将配好的原料直接倒入加热釜中，其总的容积为55mL。然后加入35mL的去离子水。选用0.8mm厚的金属钛为基底，面积为15mm×20mm，将基底水平固定在距离釜底20mm的混合溶液中，密封好加热釜。然后从室温开始以1℃/min加热至140℃，保温8小时，随炉冷却至室温。用去离子水清洗薄膜，直到清洗后的去离子水呈中性为止，最后自然干燥即为成品。
经检测，所制锆钛酸铅薄膜面积为15mm×20mm，厚度为156μm。
实施例2，称取化学纯黄色氧化铅1.4835g，氧化钛0.1158g，化学纯氧化锆0.3310g，化学纯三氧化二镧0.0691g；按照浓度0.7ml/L称量化学纯氢氧化钾1.6765g。将配好的原料直接倒入加热釜中，其总的容积为55mL。然后加入35mL的去离子水。选用0.8mm厚的金属钛为基底，面积为15mm×20mm，将基底水平固定在距离釜底30mm的混合溶液中，密封好加热釜。然后从室温开始以2℃/min加热至141℃，保温9小时，随炉冷却至室温。用去离子水清洗薄膜，直到清洗后的去离子水呈中性为止，最后自然干燥即为成品。
经检测，所制锆钛酸铅薄膜面积为15mm×20mm，厚度为100μm。
实施例3，称取化学纯黄色氧化铅1.4519g，氧化钛0.1158g，化学纯氧化锆0.3310g，化学纯三氧化二镧0.0913g；按照浓度0.8ml/L称量化学纯氢氧化钾1.9160g。将配好的原料直接倒入加热釜中，其总的容积为55mL。然后加入35mL的去离子水。选用0.8mm厚的金属钛为基底，面积为15mm×20mm，将基底水平固定在距离釜底35mm的混合溶液中，密封好加热釜。然后从室温开始以3℃/min加热至142℃，保温10小时，随炉冷却至室温。用去离子水清洗薄膜，直到清洗后的去离子水呈中性为止，最后自然干燥即为成品。
经检测，所制锆钛酸铅薄膜面积为15mm×20mm，厚度为90μm。
实施例4，称取化学纯黄色氧化铅1.4835g，氧化钛0.1158g，化学纯氧化锆0.3310g，化学纯三氧化二镧0.1382g；按照浓度0.9ml/L称量化学纯氢氧化钾2.1555g。将配好的原料直接倒入加热釜中，其总的容积为55mL。然后加入35mL的去离子水。选用0.8mm厚的金属钛为基底，面积为15mm×20mm，将基底水平固定在距离釜底35mm的混合溶液中，密封好加热釜。然后从室温开始以1℃/min加热至143℃，保温11小时，随炉冷却至室温。用去离子水清洗薄膜，直到清洗后的去离子水呈中性为止，最后自然干燥即为成品。
经检测，所制锆钛酸铅薄膜面积为15mm×20mm，厚度为85μm。
实施例5，称取化学纯黄色氧化铅1.4835g，氧化钛0.1158g，化学纯氧化锆0.3310g，化学纯三氧化二镧0.0684g；按照浓度1ml/L称量化学纯氢氧化钾2.3950g。将配好的原料直接倒入加热釜中，其总的容积为55mL。然后加入35mL的去离子水。选用0.8mm厚的金属钛为基底，面积为15mm×20mm，将基底水平固定在距离釜底50mm的混合溶液中，密封好加热釜。然后从室温开始以2℃/min加热至144℃，保温12小时，随炉冷却至室温。用去离子水清洗薄膜，直到清洗后的去离子水呈中性为止，最后自然干燥即为成品。
经检测，所制锆钛酸铅薄膜面积为15mm×20mm，厚度为86μm。
从图1的扫描电镜照片中可以很明显的看出薄膜的表面光滑，晶粒呈现立方体状，大小均匀，大约0.2μm，晶体发育完整，X衍射图谱说明最终的产物为纯钙钛矿相结构，没有杂相出现。
实施例6，称取化学纯黄色氧化铅1.5466g，氧化钛0.1158g，化学纯氧化锆0.2151g，化学纯三氧化二镧0.0228g；按照浓度1ml/L称量化学纯氢氧化钾2.3950g。将配好的原料直接倒入加热釜中，其总的容积为55mL。然后加入35mL的去离子水。选用0.8mm厚的金属钛为基底，面积为15mm×20mm，将基底水平固定在距离釜底35mm的混合溶液中，密封好加热釜。然后从室温开始以3℃/min加热至145℃，保温12小时，随炉冷却至室温。用去离子水清洗薄膜，直到清洗后的去离子水呈中性为止，最后自然干燥即为成品。
经检测，所制锆钛酸铅薄膜面积为15mm×20mm，厚度为90μm。
实施例7，称取化学纯黄色氧化铅1.3889g，氧化钛0.1487g，化学纯氧化锆0.2803g，化学纯三氧化二镧0.1382g；按照浓度0.8ml/L称量化学纯氢氧化钾1.9160g。将配好的原料直接倒入加热釜中，其总的容积为55mL。然后加入35mL的去离子水。选用0.8mm厚的金属钛为基底，面积为15mm×20mm，将基底水平固定在距离釜底40mm的混合溶液中，密封好加热釜。然后从室温开始以1℃/min加热至146℃，保温11小时，随炉冷却至室温。用去离子水清洗薄膜，直到清洗后的去离子水呈中性为止，最后自然干燥即为成品。
经检测，所制锆钛酸铅薄膜面积为15mm×20mm，厚度为87μm。
实施例8，称取化学纯黄色氧化铅1.3415g，氧化钛0.1158g，化学纯氧化锆0.2151g，化学纯三氧化二镧0.1727g；按照浓度1ml/L称量化学纯氢氧化钾2.3950g。将配好的原料直接倒入加热釜中，其总的容积为55mL。然后加入35mL的去离子水。选用0.8mm厚的金属钛为基底，面积为15mm×20mm，将基底水平固定在距离釜底45mm的混合溶液中，密封好加热釜。然后从室温开始以2℃/min加热至147℃，保温10小时，随炉冷却至室温。用去离子水清洗薄膜，直到清洗后的去离子水呈中性为止，最后自然干燥即为成品。
经检测，所制锆钛酸铅薄膜面积为15mm×20mm，厚度为112μm。
实施例9，称取化学纯黄色氧化铅1.3415g，氧化钛0.0997g，化学纯氧化锆0.3586g，化学纯三氧化二镧0.1727g；按照浓度1ml/L称量化学纯氢氧化钾2.3950g。将配好的原料直接倒入加热釜中，其总的容积为55mL。然后加入35mL的去离子水。选用0.8mm厚的金属钛为基底，面积为15mm×20mm，将基底水平固定在距离釜底30mm的混合溶液中，密封好加热釜。然后从室温开始以3℃/min加热至148℃，保温9小时，随炉冷却至室温。用去离子水清洗薄膜，直到清洗后的去离子水呈中性为止，最后自然干燥即为成品。
经检测，所制锆钛酸铅薄膜面积为15mm×20mm，厚度为131μmm。
实施例10，称取化学纯黄色氧化铅1.3573g，化学纯氧化钛0.1329g，化学纯氧化锆0.3074g，化学纯三氧化二镧0.1604g；按照浓度1ml/L称量化学纯氢氧化钾2.3950g。将配好的原料直接倒入加热釜中，其总的容积为55mL。然后加入35mL的去离子水。选用0.8mm厚的金属钛为基底，面积为15mm×20mm，将基底水平固定在距离釜底30mm的混合溶液中，密封好加热釜。然后从室温开始以1℃/min加热至150℃，保温8小时，随炉冷却至室温。用去离子水清洗薄膜，直到清洗后的去离子水呈中性为止，最后自然干燥即为成品。
经检测，所制锆钛酸铅薄膜面积为15mm×20mm，厚度为124μm。
从图2的扫描电镜照片中可以很明显的看出薄膜的表面光滑，晶粒呈现立方体状，大小均匀，大约0.2μm，晶体发育完整，X衍射图谱说明最终的产物为纯钙钛矿相结构，没有杂相出现。
总之，本发明采用难溶氧化物为原料，通过水热法在140～150℃的低温下完成了掺镧锆钛酸铅薄膜的制备，优化了工艺，降低了操作难度和成本，扩充了制备薄膜的原料，扩大了薄膜的面积，实现了工业化制备。
权利要求
1.一种掺镧锆钛酸铅薄膜的制备方法，其特征在于，包括下述步骤1)将化学纯氧化铅、化学纯氧化钛、化学纯氧化锆和化学纯三氧化二镧按化学计量比为Pb1-xLax(Zr1-yTiy)1-x/4O3配料，其中0＜x≤0.15，30≤y≤58，然后称量化学纯氢氧化钾作为矿化剂，矿化剂浓度为0.6～1ml/L；2)将上述所有物料倒入加热釜中，按照80％的填充度加入去离子水，搅拌混合均匀；3)将金属钛质的基底水平悬挂在距离釜底20～50mm高的混合溶液中，以1～3℃/min的加热速率加热到140～150℃，保温8～12小时后随炉冷却至室温；4)从加热釜中取出制备好的掺镧锆钛酸铅薄膜，用去离子水冲洗，直到清洗的去离子水呈中性为止，然后自然干燥。
全文摘要
本发明公开了一种掺镧锆钛酸铅薄膜的制备方法，包括下述步骤将化学纯氧化铅、氧化钛、氧化锆和三氧化二镧按化学计量比为Pb
文档编号C04B35/622GK1850616SQ200610042838
公开日2006年10月25日 申请日期2006年5月19日 优先权日2006年5月19日
发明者樊慧庆, 陈秀丽, 刘来君 申请人:西北工业大学