专利名称：锆酸镧/钛酸钇薄膜材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种薄膜材料及制法，尤其是锆酸镧/钛酸钇薄膜 材料及其制备方法。
背景技术：
锆酸镧、钛酸钇等介电材料在催化剂、光学材料和超导材料 等方面有着广泛的应用前景，人们为了获得它，作了多种尝试和努力，如在
2006年5月25日公开的美国发明专利申请公开说明书US 2006/0107891A1 中披露的一种"拓扑阴离子交换氧化物薄膜及其制备方法"。它意欲提供一种 氧化物薄膜制品和其制备方法。氧化物薄膜制品为在硅基片上覆有多层氧化 物，氧化物中含有锆酸镧；制备方法釆用的是离子交换法，工艺步骤为先在 硅基片上生长氮化物膜，再将其置于高温氧气气氛下，以去除氮化物中的氮， 使其成为氧化物膜。但是，这种氧化物薄膜制品及其制备方法均存在着不足 之处，首先，氧化物薄膜制品不是锆酸镧/钛酸钇薄膜材料，尤为不是高度 (100 )轴取向的锆酸镧/钛酸钇薄膜材料，更不具备高度(100 )轴取向的锆 酸镧/钛酸钇薄膜材料的优异性能；其次，制备方法既制备不出高度(100) 轴取向的锆酸镧/钛酸钇薄膜材料，又因采用金属非氧化物盐如氮化物来作为 前驱原料，而这些金属非氧化物前驱原料除需在真空中制备之外，还要作高 温去氮处理，从而使其有着工艺过于繁杂和制造成本难以降低的缺陷
发明内容
本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提 供一种具有高度(100)轴取向的，制作方便的锆酸镧/钛酸钇薄膜材料及其 制备方法。
锆酸镧/钛酸钇薄膜材料包括基片和其上覆有的锆酸镧层，特别是(a)所 说基片为UOO)轴取向的金属镍或镍合金基带；(b)所说锆酸镧层为(IOO) 轴取向的锆酸镧种子层和(100)轴取向的锆酸镧层；(c)所说(100)轴取 向的金属镍或镍合金基带上依次覆有(100)轴取向的锆酸镧种子层、(100) 轴取向的锆酸镧层、(100)轴取向的钛酸钇种子层和(100)轴取向的钬酸钇 薄膜。
作为锆酸镧/钛酸钇薄膜材料的进一步改进，所述的(100)轴取向的锆
酸镧种子层的厚度为l~90mn, ( 100)轴取向的锆酸镧层的厚度为20 ~ 3000nm, ( 100 )轴取向的钬酸钇种子层的厚度为1 ~ 90nm， UOO)轴取向的 钛酸钇薄膜的厚度为20~ 3000nm。
锆酸镧/钛酸钇薄膜材料的制备方法包括化学溶液法,特别是它是按以下 步骤完成的(a)按照镧锆为1: l的摩尔比，分别称量乙酸镧、正丙醇 锆各两份，先将两份乙酸镧分别溶于两份丙酸溶液中，在50 9(TC搅拌至乙 酸镧完全溶解，其中，两份的丙酸体积乙酸镧摩尔数分别为10~20升1 摩尔和2.5 5升l摩尔，再将两份正丙醇锆分别加入上述不同体积比摩尔 数的丙酸溶液中搅拌至完全溶解，分别获得锆酸镧种子层前驱胶体和锆酸镧 后续层前驱胶体；(b)将锆酸镧种子层前驱胶体涂覆到(100)轴取向的金 属镍或镍合金基带上形成凝胶，再将其于300 45(TC下热解15~30分钟后， 在还原气氛中于950 115(TC退火15分钟以上，获得(100)轴取向的锆酸 镧种子层，之后，将锆酸镧后续层前驱胶体涂覆到生长有(100)轴取向的锆 酸镧种子层的(100)轴取向的金属镍或镍合金基带上形成凝胶，再将其于 300 4S(TC下热解15~30分钟后，在还原气氛中于950 115(TC退火15分 钟以上，获得UOO)轴取向的锆酸镧层；(c)重复步骤(b)的之后的后半 部过程，直至获得所需厚度的(100)轴取向的锆酸镧层；(d)按照钇钛 为1: 1的摩尔比，分别称量乙酸钇、正丁醇钛各两份，先将两份乙酸钇分别 溶于两份丙酸溶液中，在50 9(TC搅拌至乙酸钇完全溶解，其中，两份的丙 酸体积乙酸钇摩尔数分别为10~20升l摩尔和2. 5~5升1摩尔，再将 两份正丁醇钛分别加入上述不同体积比摩尔数的丙酸溶液中搅拌至完全溶
解，分别获得钛酸钇种子层前驱胶体和钛酸钇后续层前驱胶体；(e)将钬酸 钇种子层前驱胶体涂覆到依次生长有(100)轴取向的锆酸镧种子层和(100) 轴取向的锆酸镧层的(100)轴取向的金属镍或镍合金基带上形成凝胶膜，再 将其于300 45(TC下热解15~ 30分钟后，在还原气氛中于850 ~ 115(TC下退 火15分钟以上，获得(100)轴取向的钛酸钇种子层，之后，将钬酸钇后续 层前驱胶体涂覆到依次生长有(100 )轴取向的锆酸镧种子层、(100 )轴取向 的锆酸镧层和(100)轴取向的钛酸钇种子层的(100)轴取向的金属镍或镍 合金基带上形成凝胶，再将其于300 45(TC下热解15~30分钟后，在还原气氛中于850 ~ 1150。C下退火15分钟以上，获得(100)轴取向的钛酸钇层； (f)重复步骤(e)的之后的后半部过程，直至获得所需厚度的(100)轴 取向的钛酸钇薄膜，从而制得锆酸镧/钛酸钇薄膜材料。
作为锆酸镧/钛酸钇薄膜材料的制备方法的进一步改进,所述的将乙酸镧 或乙酸钇溶于丙酸溶液中，在50 9(TC搅拌10分钟以上；所述的还原气氛 为3~5%的氢气加氮气或3~5%的氢气加氩气；所述的热解温度升温至退火温 度的升温速率为5 50(TC/分钟。
相对于现有技术的有益效果是，其一，选用(ioo)轴取向的金属镍或镍 合金基带作为基片，采用(100)轴取向的锆酸镧种子层和(100)轴取向的
锆酸镧层作为锆酸镧层，既为钛酸钇提供了取向生长的必要条件，又为最终 获得高度(100)轴取向的钛酸钇薄膜奠定了充分的基础；其二，对获得的锆 酸镧层和制得的薄膜材料分别使用X-射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜和 原子力显微镜进行测试与观测后，从得到的X-射线衍射图谱、扫描电镜照片 和原子力照片，并经分析和计算可知，薄膜材料是由U00)轴取向的金属镍 或镍合金基带上依次覆有(100)轴取向的锆酸镧种子层、(100)轴取向的锆 酸镧层、(100)轴取向的钛酸钇种子层和(100)轴取向的钛酸钇薄膜构成， 其中，锆酸镧层和钛酸钇薄膜均具有高度的(100)晶粒取向，且其表面的结 构致密、均匀；其三，采用本发明方法来制备薄膜材料，因其化学计量比可 精确地控制，故薄膜材料的每层厚度和总的厚度均可根据实际需要人为地事 先设定和随后制出，大大地拓展了薄膜材料的应用场合，极大地扩展了其适 用的范围；其四，制备过程中所需的设备少、工艺简单，操作和控制易掌握， 制备的成本低、利于大规模的工业化生产。
作为有益效果的进一步体现， 一是选用U00)轴取向的锆酸镧种子层的 厚度为l~90nm、 (100)轴取向的锆酸镧层的厚度为20~ 3000nm、 (100)轴 取向的钛酸钇种子层的厚度为l~90mn、 (100)轴取向的钛酸钇薄膜的厚度 为M 3000nm,就既能生长出高度(100 )轴取向的钛酸钇薄膜，又能完全
满足实际使用时对薄膜厚度的需要；二是将乙酸镧或乙酸钇溶于丙酸溶液中， 在50 9(TC下仅需搅拌10分钟以上，就足以使乙酸镧或乙酸钇完全溶解； 三是还原气氛釆用3~5%的氢气加氮气或3~5%的氢气加氩气，就可以防止金 属镍或镍合金基带的氧化，从而防止因基带氧化导致的薄膜取向下降问题；
四是热解温度升温至退火温度的升温速率采用5-50(TC/分钟，不仅能以较 快的升温速率来达到所需的退火温度，还会对薄膜材料的取向有着有利的影响。
下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。
图l是对获得的锆酸镧层使用Phillips X'Pert型X-射线衍射(XRD ) 仪测试后得到的XRD图谱；其中，横坐标为衍射角，纵坐标为衍射峰的相对 强度。由XRD图中的各衍射峰的位置和相对强度可知，所测试的物质为锆酸 镧，且其具有高度的UOO)晶粒取向；
图2是对制得的锆酸镧/钛酸钇薄膜材料使用Phillips X'Pert型X-射 线衍射(XRD)仪测试后得到的XRD图谱；其中，横坐标为衍射角，纵坐标为 衍射峰的相对强度。由XRD图中的各衍射峰的位置和相对强度可知，制得的 薄膜材料是锆酸镧/钛酸钇复合薄膜。而且后续生长的钛酸钇薄膜晶粒的取向 性依赖于之前生长的锆酸镧层晶粒的取向性，即只有在高度(100 )取向的锆 酸镧层上才可以制得高度(100)取向的钛酸钇薄膜；
图3是对获得的锆酸镧层使用LEO 1530型场发射扫描电子显微镜 (FE-SEM )观测表面形貌后摄得的FE-SEM照片。从照片中可以看出锆酸镧层
具有较致密的形貌；
图4是对制得的锆酸镧/钛酸钇薄膜材料使用LEO 1530型场发射扫描电 子显微镜(FE-SEM )观测表面形貌后摄得的FE-SEM照片。从照片中可以看出 锆酸镧/钛酸钇薄膜材料中钛酸钇层的表面比较致密；
图5是对获得的锆酸镧层使用Autoprobe CP型原子力显微镜观测后摄得 的原子力电镜照片，从照片中可以看出锆酸镧层具有较小的表面粗糙度；
图6是对制得的锆酸镧/钛酸钇薄膜材料使用Autoprobe CP型原子力显 微镜观测后摄得的原子力电镜照片，从照片中可以看出锆酸镧/钬酸钇薄膜材 料中钛酸钇层的表面粗糙度也比较小。
具体实施方式
首先用常规方法制得或从巿场购得作为基片的高度 (100)轴取向的金属镍或镍合金基带，以及乙酸镧、正丙醇锆、丙酸、乙酸 钇和正丁醇钛。接着，
实施例1:按以下步骤依次完成制备a)按照镧锆为1: 1的摩尔比， 分别称量乙酸镧、正丙醇锆各两份，先将两份乙酸镧分别溶于两份丙酸溶液 中，在50X:各搅拌20分钟至乙酸镧完全溶解，其中，两份的丙酸体积乙 酸镧摩尔数分别为10升l摩尔和2.5升1摩尔。再将两份正丙醇锆分别 加入上述不同体积比摩尔数的丙酸溶液中搅拌至完全溶解，分别获得锆酸镧 种子层前驱胶体和锆酸镧后续层前驱胶体。b)将锆酸镧种子层前驱胶体涂 覆到UOO)轴取向的金属镍基带上形成凝胶，再将其于30(TC下热解30分 钟后，在还原气氛中于95(TC退火120分钟，其中，还原气氛为3%的氢气加 氮气，热解温度升温至退火温度的升温速率为50(TC/分钟，获得UOO)轴 取向的锆酸镧种子层。之后，将锆酸镧后续层前驱胶体涂覆到生长有UOO) 轴取向的锆酸镧种子层的(100 )轴取向的金属镍基带上形成凝胶，再将其于 30(TC下热解30分钟后，在还原气氛中于95(TC退火120分钟，其中，还原 气氛为3%的氢气加氮气，热解温度升温至退火温度的升温速率为50(TC/分 钟，获得如图1、图3和图5中所示的(100)轴取向的锆酸镧层。c)重复 步骤b的之后的后半部过程，直至获得所需厚度的UOO)轴取向的锆酸镧层。 d)按照钇钛为1: l的摩尔比，分别称量乙酸钇、正丁醇钛各两份，先将 两份乙酸钇分别溶于两份丙酸溶液中，在5(TC各搅拌20分钟至乙酸钇完全 溶解，其中，两份的丙酸体积乙酸钇摩尔数分别为IO升l摩尔和2.5升 1摩尔。再将两份正丁醇钛分别加入上述不同体积比摩尔数的丙酸溶液中搅 拌至完全溶解，分别获得钛酸钇种子层前驱胶体和钛酸钇后续层前驱胶体。e) 将钛酸钇种子层前驱胶体涂覆到依次生长有(100 )轴取向的锆酸镧种子层和 (100)轴取向的锆酸镧层的(100)轴取向的金属镍基带上形成凝胶膜，再 将其于30(TC下热解30分钟后，在还原气氛中于85(TC下退火120分钟，其 中，还原气氛为3%的氢气加氮气，热解温度升温至退火温度的升温速率为500 'C/分钟，获得(100)轴取向的钛酸钇种子层。之后，将钬酸钇后续层前驱 胶体涂覆到依次生长有(100)轴取向的锆酸镧种子层、(100)轴取向的锆酸 镧层和(100)轴取向的钛酸钇种子层的(100)轴取向的金属镍基带上形成 凝胶，再将其于300。C下热解30分钟后，在还原气氛中于85(TC下退火120 分钟，其中，还原气氛为3%的氢气加氮气，热解温度升温至退火温度的升温
速率为500。C/分钟，获得(100)轴取向的钛酸钇层。f)重复步骤e的之
后的后半部过程，直至获得所需厚度的UOO)轴取向的钛酸钇薄膜，从而制 得如图2、图4和图6中所示的锆酸镧/钛酸钇薄膜材料。
实施例2:按以下步骤依次完成制备a)按照镧锆为1: 1的摩尔比，
分别称量乙酸镧、正丙醇锆各两份，先将两份乙酸镧分别溶于两份丙酸溶液 中，在6(TC各搅拌17分钟至乙酸镧完全溶解，其中，两份的丙酸体积乙
酸镧摩尔数分别为13升l摩尔和3升1摩尔。再将两份正丙醇锆分别加
入上述不同体积比摩尔数的丙酸溶液中搅拌至完全溶解，分别获得锆酸锎种 子层前驱胶体和锆酸镧后续层前驱胶体。b)将锆酸镧种子层前驱胶体涂覆 到(100)轴取向的金属镍基带上形成凝胶，再将其于34(TC下热解27分钟 后，在还原气氛中于100(TC退火100分钟，其中，还原气氛为3.5%的氢气加 氮气，热解温度升温至退火温度的升温速率为38(TC/分钟，获得(100)轴 取向的锆酸镧种子层。之后，将锆酸镧后续层前驱胶体涂覆到生长有(100) 轴取向的锆酸镧种子层的UOO)轴取向的金属镍基带上形成凝胶，再将其于 3"。C下热解W分钟后，在还原气氛中于IOO(TC退火IOO分钟，其中，还原 气氛为3. 5%的氢气加氮气，热解温度升温至退火温度的升温速率为380°C/ 分钟，获得如图1、图3和图5中所示的(100)轴取向的锆酸镧层。c)重 复步骤b的之后的后半部过程，直至获得所需厚度的(IOO)轴取向的锆酸镧 层。d)按照钇钛为1: l的摩尔比，分别称量乙酸钇、正丁醇钛各两份， 先将两份乙酸钇分别溶于两份丙酸溶液中，在6(TC各搅拌17分钟至乙酸钇 完全溶解，其中，两份的丙酸体积乙酸钇摩尔数分别为13升l摩尔和3 升1摩尔。再将两份正丁醇钛分别加入上述不同体积比摩尔数的丙酸溶液 中搅拌至完全溶解，分别获得钛酸钇种子层前驱胶体和钛酸钇后续层前驱胶 体。e)将钛酸钇种子层前驱胶体涂覆到依次生长有(100)轴取向的锆酸镧 种子层和(100)轴取向的锆酸镧层的"00)轴取向的金属镍基带上形成凝 胶膜，再将其于3"。C下热解27分钟后，在还原气氛中于93(TC下退火100 分钟，其中，还原气氛为3.5%的氢气加氮气，热解温度升温至退火温度的升 温速率为38(TC/分钟，获得(100)轴取向的钬酸钇种子层。之后，将钬酸 钇后续层前驱胶体涂覆到依次生长有(100)轴取向的锆酸镧种子层、(100) 轴取向的锆酸镧层和(ioo)轴取向的钛酸钇种子层的(100)轴取向的金属 镍基带上形成凝胶，再将其于34(TC下热解27分钟后，在还原气氛中于930 。C下退火100分钟，其中，还原气氛为3.5%的氢气加氮气，热解温度升温至 退火温度的升温速率为38(TC/分钟，获得(100)轴取向的钛酸钇层。f)重 复步骤e的之后的后半部过程，直至获得所需厚度的(100 )轴取向的钛酸钇 薄膜，从而制得如图2、图4和图6中所示的锆酸镧/钛酸钇薄膜材料。
实施例3:按以下步骤依次完成制备a)按照镧锆为1: 1的摩尔比， 分别称量乙酸镧、正丙醇锆各两份，先将两份乙酸镧分别溶于两份丙酸溶液 中，在7(TC各搅拌15分钟至乙酸镧完全溶解，其中，两份的丙酸体积乙 酸镧摩尔数分别为15升l摩尔和3. 8升1摩尔。再将两份正丙醇锆分别 加入上述不同体积比摩尔数的丙酸溶液中搅拌至完全溶解，分别获得锆酸镧 种子层前驱胶体和锆酸镧后续层前驱胶体。b)将锆酸锎种子层前驱胶体涂 覆到(100)轴取向的金属镍基带上形成凝胶，再将其于38(TC下热解23分 钟后，在还原气氛中于105(TC退火70分钟，其中，还原气氛为4%的氢气加 氮气，热解温度升温至退火温度的升温速率为25(TC/分钟，获得(100:)轴 取向的锆酸镧种子层。之后，将锆酸镧后续层前驱胶体涂覆到生长有(100) 轴取向的锆酸镧种子层的UOO)轴取向的金属镍基带上形成凝胶，再将其于 3S0。C下热解"分钟后，在还原气氛中于1050。C退火70分钟，其中，还原 气氛为4%的氢气加氮气，热解温度升温至退火温度的升温速率为25(TC/分 钟，获得如图1、图3和图5中所示的(100)轴取向的锆酸镧层。c)重复 步骤b的之后的后半部过程，直至获得所需厚度的(100)轴取向的锆酸镧层。 d)按照钇钛为1: l的摩尔比，分别称量乙酸钇、正丁醇钬各两份，先将 两份乙酸钇分别溶于两份丙酸溶液中，在7(TC各搅拌15分钟至乙酸钇完全 溶解，其中，两份的丙酸体积乙酸钇摩尔数分别为15升1摩尔和3.8升 1摩尔。再将两份正丁醇钛分别加入上述不同体积比摩尔数的丙酸溶液中搅 拌至完全溶解，分别获得钛酸钇种子层前驱胶体和钛酸钇后续层前驱胶体。e) 将钛酸钇种子层前驱胶体涂覆到依次生长有(100 )轴取向的锆酸镧种子层和 (100)轴取向的锆酸镧层的(100)轴取向的金属镍基带上形成凝胶膜，再 将其于3S(TC下热解H分钟后，在还原气氛中于100(TC下退火70分钟，其
中，还原气氛为4%的氢气加氮气，热解温度升温至退火温度的升温速率为250 。C/分钟，获得UOO)轴取向的钛酸钇种子层。之后，将钛酸钇后续层前驱
胶体涂覆到依次生长有(ioo)轴取向的锆酸镧种子层、(100)轴取向的锆酸 镧层和(100)轴取向的钛酸钇种子层的(ioo)轴取向的金属镍基带上形成
凝胶，再将其于38(TC下热解23分钟后，在还原气氛中于IOO(TC下退火70 分钟，其中，还原气氛为4%的氢气加氮气，热解温度升温至退火温度的升温 速率为25(TC/分钟，获得U00)轴取向的钛酸钇层。f)重复步骤e的之 后的后半部过程，直至获得所需厚度的UOO)轴取向的钛酸钇薄膜，从而制 得如图2、图4和图6中所示的锆酸镧/钛酸钇薄膜材料。
实施例4:按以下步骤依次完成制备a)按照镧锆为1: 1的摩尔比， 分别称量乙酸镧、正丙醇锆各两份，先将两份乙酸镧分别溶于两份丙酸溶液 中，在8(TC各搅拌13分钟至乙酸镧完全溶解，其中，两份的丙酸体积乙 酸镧摩尔数分别为17升l摩尔和4.4升1摩尔。再将两份正丙醇锆分别 加入上述不同体积比摩尔数的丙酸溶液中搅拌至完全溶解，分别获得锆酸镧 种子层前驱胶体和锆酸镧后续层前驱胶体。b)将锆酸镧种子层前驱胶体涂 覆到(100)轴取向的金属镍基带上形成凝胶，再将其于41(TC下热解19分 钟后，在还原气氛中于110(TC退火40分钟，其中，还原气氛为4. 5%的氢气 加氮气，热解温度升温至退火温度的升温速率为13(TC/分钟，获得(IOO) 轴取向的锆酸镧种子层。之后，将锆酸镧后续层前驱胶体涂覆到生长有(100) 轴取向的锆酸镧种子层的(100)轴取向的金属镍基带上形成凝胶，再将其于 41(TC下热解19分钟后，在还原气氛中于IIO(TC退火40分钟，其中，还原 气氛为4.5%的氢气加氮气，热解温度升温至退火温度的升温速率为13(TC/ 分钟，获得如图1、图3和图5中所示的(100)轴取向的锆酸镧层。c)重 复步骤b的之后的后半部过程，直至获得所需厚度的UOO)轴取向的锆酸镧 层。d)按照钇钛为1: l的摩尔比，分别称量乙酸钇、正丁醇钛各两份， 先将两份乙酸钇分别溶于两份丙酸溶液中，在8(TC各搅拌13分钟至乙酸紀 完全溶解，其中，两份的丙酸体积乙酸钇摩尔数分别为17升l摩尔和4.4 升1摩尔。再将两份正丁醇钛分别加入上述不同体积比摩尔数的丙酸溶液 中搅拌至完全溶解，分别获得钛酸钇种子层前驱胶体和钛酸钇后续层前驱胶
体。e)将钛酸钇种子层前驱胶体涂覆到依次生长有(100)轴取向的锆酸镧 种子层和UOO)轴取向的锆酸镧层的(100)轴取向的金属镍基带上形成凝 胶膜，再将其于41(TC下热解19分钟后，在还原气氛中于108(TC下退火40 分钟，其中，还原气氛为4.5%的氢气加氮气，热解温度升温至退火温度的升 温速率为13(TC/分钟，获得(100)轴取向的钛酸钇种子层。之后，将钛酸 钇后续层前驱胶体涂覆到依次生长有(100)轴取向的锆酸镧种子层、(100) 轴取向的锆酸镧层和(100)轴取向的钛酸钇种子层的UOO)轴取向的金属 镍基带上形成凝胶，再将其于410^C下热解19分钟后，在还原气氛中于1080 r下退火40分钟，其中，还原气氛为4. 5%的氢气加氮气，热解温度升温至 退火温度的升温速率为13(TC/分钟，获得(100)轴取向的钛酸钇层。f)重 复步骤e的之后的后半部过程，直至获得所需厚度的(100)轴取向的钛酸钇 薄膜，从而制得如图2、图4和图6中所示的锆酸镧/钛酸钇薄膜材料。
实施例5:按以下步骤依次完成制备a)按照镧锆为1: 1的摩尔比， 分别称量乙酸镧、正丙醇锆各两份，先将两份乙酸镧分别溶于两份丙酸溶液 中，在9(TC各搅拌10分钟至乙酸镧完全溶解，其中，两份的丙酸体积乙 酸镧摩尔数分别为20升l摩尔和5升1摩尔。再将两份正丙醇锆分别加 入上述不同体积比摩尔数的丙酸溶液中搅拌至完全溶解，分别获得锆酸镧种 子层前驱胶体和锆酸镧后续层前驱胶体。b)将锆酸镧种子层前驱胶体涂覆 到(100)轴取向的金属镍基带上形成凝胶，再将其于45(TC下热解15分钟 后，在还原气氛中于115(TC退火15分钟，其中，还原气氛为5%的氢气加氮 气，热解温度升温至退火温度的升温速率为5t:/分钟，获得(100)轴取向 的锆酸镧种子层。之后，将锆酸镧后续层前驱胶体涂覆到生长有UOO)轴取 向的锆酸镧种子层的(100)轴取向的金属镍基带上形成凝胶，再将其于450 X:下热解15分钟后，在还原气氛中于115(TC退火15分钟，其中，还原气氛 为5%的氢气加氮气，热解温度升温至退火温度的升温速率为5'C/分钟，获得 如图1、图3和图5中所示的(100)轴取向的锆酸镧层。c)重复步骤b的 之后的后半部过程，直至获得所需厚度的(100)轴取向的锆酸镧层。d)按 照钇钛为1: l的摩尔比，分别称量乙酸钇、正丁醇钛各两份，先将两份乙 酸钇分别溶于两份丙酸溶液中，在9(TC各搅拌IO分钟至乙酸钇完全溶解， 其中，两份的丙酸体积乙酸钇摩尔数分别为20升l摩尔和5升1摩尔。 再将两份正丁醇钛分别加入上述不同体积比摩尔数的丙酸溶液中搅拌至完全 溶解，分别获得钛酸钇种子层前驱胶体和钛酸钇后续层前驱胶体。e)将钛 酸钇种子层前驱胶体涂覆到依次生长有(100 )轴取向的锆酸镧种子层和(ioo) 轴取向的锆酸镧层的(100)轴取向的金属镍基带上形成凝胶膜，再将其于 45(TC下热解15分钟后，在还原气氛中于115(TC下退火15分钟，其中，还 原气氛为5y。的氢气加氮气，热解温度升温至退火温度的升温速率为5'C/分 钟，获得U00)轴取向的钛酸钇种子层。之后，将钛酸钇后续层前驱胶体涂 覆到依次生长有(i00)轴取向的锆酸镧种子层、(100)轴取向的锆酸镧层和 (100)轴取向的钛酸钇种子层的(100)轴取向的金属镍基带上形成凝胶， 再将其于45(TC下热解15分钟后，在还原气氛中于115(TC下退火15分钟， 其中，还原气氛为5%的氢气加氮气，热解温度升温至退火温度的升温速率为 5X:/分钟，获得(100)轴取向的钛酸钇层。f)重复步骤e的之后的后半部 过程，直至获得所需厚度的(100)轴取向的钛酸钇薄膜，从而制得如图2、 图4和图6中所示的锆酸镧/钛酸钇薄膜材料。
再分别选用基带为镍合金、还原气氛为3~5%的氢气加氩气，重复上述 实施例1~5,同样制得如图1、图3和图5中所示的(100)轴取向的锆酸镧 层和如图2、图4和图6中所示的锆酸镧/钛酸钇薄膜材料。
显然，本领域的技术人员可以对本发明的锆酸镧/钛酸钇薄膜材料及其制 备方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发 明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发 明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1、一种锆酸镧/钛酸钇薄膜材料，包括基片和其上覆有的锆酸镧层，其特征在于(a)所说基片为(100)轴取向的金属镍或镍合金基带；(b)所说锆酸镧层为(100)轴取向的锆酸镧种子层和(100)轴取向的锆酸镧层；(c)所说(100)轴取向的金属镍或镍合金基带上依次覆有(100)轴取向的锆酸镧种子层、(100)轴取向的锆酸镧层、(100)轴取向的钛酸钇种子层和(100)轴取向的钛酸钇薄膜。
2、 根据权利要求1所述的锆酸镧/钛酸钇薄膜材料，其特征是(100)轴 取向的锆酸镧种子层的厚度为l~90nm, (100)轴取向的锆酸镧层的厚度为 20~ 3000nm， ( 100 )轴取向的钛酸钇种子层的厚度为1 ~ 90rnn， (100)轴取 向的钛酸钇薄膜的厚度为20~ 3000nm。
3、 根据权利要求l所述的锆酸镧/钛酸钇薄膜材料的制备方法，包括化 学溶液法，其特征在于是按以下步骤完成的(a)按照镧锆为1: 1的摩尔比，分别称量乙酸镧、正丙醇锆各两份， 先将两份乙酸镧分别溶于两份丙酸溶液中，在50 9(TC搅拌至乙酸镧完全溶 解，其中，两份的丙酸体积乙酸镧摩尔数分别为10~20升l摩尔和2. 5~ 5升l摩尔，再将两份正丙醇锆分别加入上述不同体积比摩尔数的丙酸溶液 中搅拌至完全溶解，分别获得锆酸镧种子层前驱胶体和锆酸镧后续层前驱胶 体；(b )将锆酸镧种子层前驱胶体涂覆到(100 )轴取向的金属镍或镍合金 基带上形成凝胶，再将其于300 45(TC下热解15~30分钟后，在还原气氛 中于950 115(TC退火l5分钟以上，获得(100)轴取向的锆酸镧种子层， 之后，将锆酸镧后续层前驱胶体涂覆到生长有(100 )轴取向的锆酸镧种子层 的(100)轴取向的金属镍或镍合金基带上形成凝胶，再将其于300 ~ 450°C 下热解15~30分钟后，在还原气氛中于950 115(TC退火15分钟以上，获 得(100)轴取向的锆酸镧层；(c)重复步骤(b)的之后的后半部过程，直至获得所需厚度的(i00)轴取向的锆酸镧层；(d)按照紀钛为1: 1的摩尔比，分别称量乙酸钇、正丁醇钛各两份， 先将两份乙酸钇分别溶于两份丙酸溶液中，在50 90℃ 搅拌至乙酸钇完全溶 解，其中，两份的丙酸体积乙酸钇摩尔数分别为10~20升1摩尔和2. 5 ~ 5升l摩尔，再将两份正丁醇钛分别加入上述不同体积比摩尔数的丙酸溶液 中搅拌至完全溶解，分别获得钛酸钇种子层前驱胶体和钛酸钇后续层前驱胶体；(e )将钛酸钇种子层前驱胶体涂覆到依次生长有(100 )轴取向的锆酸 镧种子层和(100)轴取向的锆酸镧层的(100)轴取向的金属镍或镍合金基 带上形成凝胶膜，再将其于300 450℃ 下热解15~30分钟后，在还原气氛 中于850 1150℃ 下退火15分钟以上，获得(100)轴取向的钛酸钇种子层， 之后，将钛酸钇后续层前驱胶体涂覆到依次生长有(100)轴取向的锆酸镧种 子层、(100)轴取向的锆酸镧层和(100)轴取向的钬酸钇种子层的(100) 轴取向的金属镍或镍合金基带上形成凝胶，再将其于300 ~ 450℃ 下热解]5 ~ 30分钟后，在还原气氛中于850 1150℃ 下退火15分钟以上，获得(l()O) 轴取向的钛酸钇层；(f)重复步骤(e)的之后的后半部过程，直至获得所需厚度的(100) 轴取向的钛酸钇薄膜，从而制得锆酸镧/钛酸钇薄膜材料。
4、 根据权利要求3所述的锆酸镧/钛酸钇薄膜材料的制备方法，其特征 是将乙酸镧或乙酸钇溶于丙酸溶液中，在50 90℃ 搅拌IO分钟以上。
5、 根据权利要求3所述的锆酸镧/钛酸钇薄膜材料的制备方法，其特征 是还原气氛为3~5%的氢气加氮气或3~5%的氢气加氩气。
6、 根据权利要求3所述的锆酸镧/钛酸钇薄膜材料的制备方法，其特征 是热解温度升温至退火温度的升温速率为5 ~ 500℃ /分钟。
全文摘要
本发明公开了一种锆酸镧/钛酸钇薄膜材料及其制备方法。材料为(100)轴取向的金属镍或镍合金基带上依次覆有(100)轴取向的锆酸镧种子层、(100)轴取向的锆酸镧层、(100)轴取向的钛酸钇种子层和(100)轴取向的钛酸钇薄膜；方法为先分别按照镧∶锆为1∶1、钇∶钛为1∶1的摩尔比配制出锆酸镧种子层前驱胶体和锆酸镧后续层前驱胶体，以及钛酸钇种子层前驱胶体和钛酸钇后续层前驱胶体，再于(100)轴取向的金属镍或镍合金基带依次涂覆上述前驱胶体，并将其分别先后于300～450℃下热解15～30分钟后，在还原气氛中于850～1150℃下退火15分钟以上，制得锆酸镧/钛酸钇薄膜材料。它具有高度的(100)轴取向，可广泛地用于催化剂、光学材料和超导材料等领域。
文档编号B32B15/04GK101200127SQ200610161478
公开日2008年6月18日 申请日期2006年12月15日 优先权日2006年12月15日
发明者孙玉平, 宋文海, 朱雪斌, 雷和畅 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院