專利名稱：一種具有高擊穿場強的反鐵電厚膜及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有高擊穿場強的鋯酸鉛基反鐵電厚膜及其制備方法，特別適用于高功率大容量存儲電容器件的開發(fā)和應(yīng)用，屬于電子功能材料與器件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
多離子摻雜鋯酸鉛(PlvaLaw3)(Zr1^ySnxTiy)O3(O ≤ a ≤ O. 06，O ≤ x≤ O. 45， O≤ y ≤ O. 10)基反鐵電材料在外加電場誘導(dǎo)下將發(fā)生反鐵電-鐵電相變，在此相變過程中，其晶體結(jié)構(gòu)也將發(fā)生變化，宏觀上表現(xiàn)為鋯酸鉛基反鐵電材料極化強度的巨大變化。其變化量遠大于在電場作用下鐵電和其他介電材料的極化強度變化，正是由于這一特性，鋯酸鉛基反鐵電材料有望在高儲能密度大容量電容器中得到應(yīng)用。然而，鋯酸鉛基反鐵電塊體陶瓷材料存在反鐵電-鐵電相變所需外加工作電壓較高和塊體材料的擊穿強度較低的問題，限制了反鐵電塊體陶瓷材料的應(yīng)用；雖然反鐵電薄膜(厚度小于I μ m)材料化具有較高的擊穿電壓和較低的工作電壓，但由于其厚度的限制，總體儲能容量較低，使其在實際的應(yīng)用價值不大。因而，反鐵電材料的厚膜(厚度大于Iym)化則是解決這一問題的重要途徑。隨著集成硅工藝的出現(xiàn)以及溶膠-凝膠厚膜制備技術(shù)的發(fā)展，鋯酸鉛基反鐵電厚膜材料在高儲能密度大容量電容器中的應(yīng)用已成為可能。目前，利用溶膠-凝膠法得到的鋯酸鉛基反鐵電厚膜材料致密性較差，導(dǎo)致其擊穿電場和飽和極化強度較低，且能量損耗較高。因此，選擇合適的制備原料及熱處理過程以提高反鐵電厚膜的擊穿電場強度和飽和極化強度，進而提高反鐵電材料的儲能密度是現(xiàn)階段研究反鐵電材料的一個重點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種致密性好，擊穿電場和飽和極化強度高，且能量損耗低，儲能密度高的反鐵電厚膜及其制備方法。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明化學組成JPVaLaw3) (Zivx_ySnxTiy) 03，其中0 ≤ a ≤ O. 06，O ≤ x ≤ O. 45， O ≤y≤ O. 10，成膜助劑為聚乙烯吡咯烷酮PVP，按摩爾比(PVaLaw3) (Zr1^ySnxTiy)O3 聚乙烯吡咯烷酮PVP = I (O. 5 2)?！N具有高擊穿場強特性的鋯酸鉛基反鐵電厚膜的制備方法，包括如下步驟I)前驅(qū)體溶液的制備配制化學組分為(PVaLaw3) (Zr1^ySnxTiy)O3的前驅(qū)體溶液，其溶質(zhì)為醋酸鉛、 醋酸鑭、醋酸錫、異丙醇鈦、正丙醇鋯，其中按摩爾比，醋酸鉛醋酸鑭醋酸錫異丙醇鈦正丙醇鋯=(1-a) (2a/3) (Ι-χ-y) x y，其中，O ≤ a ≤O. 06，O ≤ x ≤O. 45， O ≤ y ≤ O. 10，溶劑為冰醋酸和水，成膜助劑為聚乙烯吡咯烷酮PVP，按摩爾比，(Pb1^aLa2a73) (Zr1^ySnxTiy) O3 聚乙烯吡咯烷酮PVP = I (O. 5 2)，前驅(qū)體溶液的濃度控制在O. 4 O. 7M/L ；
2)制膜a)采用旋涂法將步驟I)中制得的前驅(qū)體溶液涂覆在LaNiO3或Pt底電極材料上， 旋轉(zhuǎn)速度為3000 5000轉(zhuǎn)/分、旋轉(zhuǎn)時間為10 40秒，制成濕凝膠膜；b)將步驟a)中制得的濕凝膠膜進行熱處理，濕凝膠膜在300 500°C的環(huán)境下放置5 20分鐘，然后再在600 700°C的環(huán)境下放置5 20分鐘，取出后冷卻至室溫，制得干凝膠膜；c)在步驟b)中制得的干凝膠膜上涂覆下一層前驅(qū)體溶液，涂覆步驟與a)相同，進行熱處理，熱處理過程與步驟b)相同，循環(huán)往復(fù)直到獲得滿足所需厚度的厚膜；d)將步驟c)中制得的厚膜再進行熱處理，熱處理前，先在厚膜表面涂覆一層 PbO, PbO的摩爾濃度為O. I O. 5M/L，在熱處理溫度為650 750°C條件下處理30 60 分鐘，獲得(PVaLa2a/3) (Zr1^ySnxTiy)O3 反鐵電厚膜，其中，O ^ a ^ O. 06,0 ^ x ^ O. 45， O ^ y ^ O. 10 ；e)在步驟d)中獲得的(PVaLaw3) (Zr1^ySnxTiy)O3反鐵電厚膜，采用直流濺射的方法濺射上金電極作為上電極，其直徑為O. 2mm或O. 5mm、厚度為(100 200) nm。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明制備中添加聚乙烯吡咯烷酮PVP成膜助劑，制備的鋯酸鉛基反鐵電厚膜材料既具有較高的擊穿電場又具有較高的飽和極化強度，能夠在高儲能密度大容量電容器中得到應(yīng)用。


圖I是本發(fā)明實施例與對比例制備的高擊穿場強特性反鐵電厚膜的X射線衍射分析圖譜；圖2是本發(fā)明實施例與對比例制備的高擊穿場強特性反鐵電厚膜的極化強度與外加直流電場的關(guān)系曲線；圖3是本發(fā)明實施例與對比例制備的高擊穿場強特性反鐵電厚膜的儲能密度與外加直流電場的關(guān)系曲線。
具體實施方式

權(quán)利要求
1.一種具有高擊穿場強特性的鋯酸鉛基反鐵電厚膜，其特征在于，化學組分 (Pb1^aLa2a73) (Zivx_ySnxTiy)03，其中0 ≤ a ≤ 0. 06，0 ≤x ≤ 0. 45，0 ≤ y ≤0. 10，成膜助劑為聚乙烯吡咯烷酮PVP，按摩爾比，(PVaLaw3)(Zr1TySnxTiy)O3 聚乙烯吡咯烷酮PVP = I 0. 5 2。
2.一種具有高擊穿電場特性的鋯酸鉛基反鐵電厚膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟1)前驅(qū)體溶液的制備配制化學組分為(PlvaLa2a/3) (Zri_x_ySnxTiy) O3前驅(qū)體溶液，其溶質(zhì)為醋酸鉛、醋酸鑭、醋酸錫、異丙醇鈦、正丙醇鋯，其中按摩爾比，醋酸鉛醋酸鑭醋酸錫異丙醇鈦正丙醇鋯=(1-a) (2a/3) (l-x-y) x y，其中，0 ≤ a ≤ 0. 06，0 ≤ x ≤ 0. 45，0 ≤ y ≤0. 10， 溶劑為冰醋酸和水，成膜助劑為聚乙烯吡咯烷酮PVP，按摩爾比，(PbwLaw3) (Zr1^ySnxTiy) O3 聚乙烯吡咯烷酮PVP = I (0. 5 2)，前驅(qū)體溶液的濃度控制在0. 4 0. 7M/L ；2)制膜a)采用旋涂法將步驟I)中制得的前驅(qū)體溶液涂覆在LaNiO3或Pt底電極材料上，旋轉(zhuǎn)速度為3000 5000轉(zhuǎn)/分、旋轉(zhuǎn)時間為10 40秒，制成濕凝膠膜；b)將步驟a)中制得的濕凝膠膜進行熱處理，濕凝膠膜在300 500°C的環(huán)境下放置 5 20分鐘，然后再在600 700°C的環(huán)境下放置5 20分鐘，取出后冷卻至室溫，制得干凝膠膜；c)在步驟b)中制得的干凝膠膜上涂覆下一層前驅(qū)體溶液，涂覆步驟與a)相同，進行熱處理，熱處理過程與步驟b)相同，循環(huán)往復(fù)直到獲得滿足所需厚度的厚膜；d)將步驟c)中制得厚膜再進行熱處理，熱處理前，先在厚膜表面涂覆一層PbO，PbO的摩爾濃度為0. I 0. 5M/L，在熱處理溫度為650 750°C條件下處理30 60分鐘，獲得 (Pb!-aLa2a/3) (Zr1^ySnxTiy) O3 反鐵電厚膜，其中，0 ≤ a ≤ 0. 06，0 ≤ x ≤ 0. 45，0 ≤ y ≤0. 10 ;e)在步驟d)中獲得的(PVaLaw3)(ZiwySnxTiy) O3反鐵電厚膜，采用直流濺射的方法濺射上金電極作為上電極，其直徑為0. 2mm或0. 5mm、厚度為(100 200) nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有高擊穿場強的反鐵電厚膜及制備方法。本發(fā)明化學通式為(Pb1-aLa2a/3)(Zr1-x-ySnxTiy)O3，其中0≤a≤0.06，0≤x≤0.45，0≤y≤0.10，成膜助劑為聚乙烯吡咯烷酮PVP，按摩爾比(Pb1-aLa2a/3)(Zr1-x-ySnxTiy)O3∶聚乙烯吡咯烷酮PVP＝1∶(0.5～2)。本發(fā)明制得的鋯酸鉛基反鐵電厚膜既具有較高的擊穿電場又具有較高的飽和極化強度，能夠在高儲能密度電容器中應(yīng)用。
文檔編號C04B35/624GK102584221SQ201210011840
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月5日
發(fā)明者楊吉春, 王瑩, 郝喜紅 申請人:內(nèi)蒙古科技大學