CN103708739A - 一种锌掺杂的钛酸铋钠薄膜及其低温制备方法 - Google Patents

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CN103708739A CN201310271717.5A CN201310271717A CN103708739A CN 103708739 A CN103708739 A CN 103708739A CN 201310271717 A CN201310271717 A CN 201310271717A CN 103708739 A CN103708739 A CN 103708739A
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Abstract

本发明公开了一种锌离子掺杂的钛酸铋钠薄膜及其低温制备方法，属于功能薄膜领域。该薄膜以化学通式Na0.5Bi0.5Ti1-xZnxO3- δ表示，其中，x为锌离子的摩尔掺量，0.005≤x≤0.05；δ是为了维持电荷平衡所失去的氧原子的数目。本发明通过化学溶液法结合层层退火工艺，在ITO玻璃衬底上，于500~550℃结晶温度下制得具有良好电绝缘性、铁电性、介电性的薄膜，在非易失性铁电存储器中具有较广泛的应用，同时也可用于开发具有铁电、压电、光电、光折变及非线性光学特性的多功能材料及器件。

Description

一种锌掺杂的钛酸铋钠薄膜及其低温制备方法
技术领域
本发明涉及一种锌掺杂的钛酸铋钠薄膜及其低温制备方法，属于钙钛矿结构环境协调型微电子新材料领域。
背景技术
钛酸铋钠(Na0.5Bi0.5TiO3)材料作为一种A位复合钙钛矿结构弛豫型铁电体，具有相对较高的居里温度(320℃)，较强的铁电性(室温下的剩余极化强度可达Pr=38μC/cm2)。但是目前对纯Na0.5Bi0.5TiO3薄膜材料来说，高的结晶温度致使钠、铋离子挥发严重，很难制备出单一钙钛矿相；而且，元素的挥发造成了薄膜内部缺陷的产生，尤其是处于晶界处的氧空位的存在，使Na0.5Bi0.5TiO3薄膜的漏电流增大，从而使Na0.5Bi0.5TiO3薄膜的本征电学性能恶化。针对上述情况，一方面，我们通过降低退火温度，来尽可能减少A位钠、铋离子的挥发，减少氧空位的数量；另一方面，通过离子掺杂进一步降低Na0.5Bi0.5TiO3薄膜的漏电流，并改善其电学性能。我们发现，锌离子作为B位低价掺杂离子，能够有效抑制氧空位的移动，但目前尚无相关报道。
另外，对于制备薄膜的衬底而言，通常所用的金属底电极衬底由于在高温下容易被氧化，导电性会急剧下降，且易与薄膜发生反应，使其性能降低。而与之相比，锡氧化铟(ITO)玻璃具有高导电性、稳定性，且与薄膜具有良好的附着性。因此，ITO玻璃衬底的采用，一方面能够有效提高薄膜的电学性能，另一方面可使薄膜材料的铁电、压电、光电、光折变和线性光学特点得到充分利用，为多功能材料和器件的开发提供了可能性。然而，目前尚无对沉积于ITO玻璃衬底上的Na0.5Bi0.5TiO3基薄膜结晶性、电学性能的报道。
发明内容
本发明针对现有Na0.5Bi0.5TiO3薄膜漏电流大、电学性能差的缺点，提供了一种锌离子掺杂的Na0.5Bi0.5TiO3薄膜及其低温制备方法。所制备的Na0.5Bi0.5Ti1-xZnxO3-δ薄膜具有漏电低、剩余极化高、介电性稳定等优点。
本发明还提供了锌离子掺杂的Na0.5Bi0.5TiO3薄膜的低温制备方法，该方法操作简单，所得薄膜性能良好。
本发明通过配制稳定均匀的前驱体溶液，在ITO玻璃衬底上于500~550℃的低温下制备出了结晶性良好的Na0.5Bi0.5TiO3基薄膜；通过将锌离子掺入纯Na0.5Bi0.5TiO3薄膜中，有效抑制了氧空位的移动，降低了薄膜的漏电，得到了具有良好电学性能的薄膜。其具体技术方案如下：
本发明的掺锌Na0.5Bi0.5TiO3薄膜，其特征是：化学通式为Na0.5Bi0.5Ti1-xZnxO3-δ，其中，x为锌离子的摩尔掺量，0.005≤x≤0.05；δ是为了维持电荷平衡所失去的氧原子的数目。
上述薄膜所采用的衬底材料为ITO玻璃。
上述薄膜的厚度为300nm~1μm。
本发明的锌掺杂的钛酸铋钠薄膜的制备方法，其特征是包含以下步骤：
(1)、前驱体溶液的制备
①以醋酸钠或硝酸钠、醋酸铋或硝酸铋、醋酸锌或硝酸锌、钛酸四正丁酯或钛酸四异丙酯为原料，按照Na0.5Bi0.5Ti1-xZnxO3-δ的化学计量比，准确称量各原料，其中，醋酸钠或硝酸钠、醋酸铋或硝酸铋略微过量，另按照经验值称量聚乙二醇4000~20000，备用；
②将醋酸钠或硝酸钠、醋酸铋或硝酸铋、醋酸锌或硝酸锌溶于乙二醇中，在40~80℃的温度下搅拌至完全溶解，定义为溶液1； 
③量取钛酸四正丁酯或钛酸四异丙酯于烧杯中，随后将乙酰丙酮逐滴加入，并放置在磁力搅拌器上于室温下搅拌完成钛的螯合，定义为溶液2；
④待溶液1冷却至室温后，将1缓慢倒入2中，并放置在磁力搅拌器上于室温下搅拌至混合均匀；
⑤将聚乙二醇溶解于冰醋酸中并在40~80℃的温度下搅拌至溶解，待冷却后加入上述混合溶液中，在室温下搅拌约8~12小时，配成浓度为0.1~0.4mol/L的前驱体溶液；
(2)、薄膜材料的制备：用旋涂法-层层退火工艺制备薄膜
①采用旋涂法将前驱体溶液沉积在ITO玻璃衬底上，然后对薄膜进行热处理，处理过程是：先在260~320℃保温6~12分钟，再在400~460℃保温4~6分钟，然后在500~550℃退火 8~12分钟；
②采用上述相同的方法继续将前驱体溶液旋涂到衬底材料上，直至薄膜厚度达到300nm~1μm，即得。
上述制备方法中，为了弥补高温下钠、铋离子的挥发，硝酸钠或硝酸钠和醋酸铋或硝酸铋分别过量0~2.5mol%、1~5mol%。
上述制备方法中，乙二醇与冰醋酸的体积比为2:1~6:1，钛酸四正丁酯或钛酸四异丙酯与乙酰丙酮的体积比为1:1。
上述制备方法中，聚乙二醇质量为0.2~0.5g。
上述制备方法中，所述旋涂工艺中，转速为3000～6000转/分钟，旋涂时间为20～40秒，每次旋涂的前驱体溶液厚度为20～50nm。
上述制备方法中，所述的衬底材料为ITO玻璃。
本发明首次将不同掺量的锌离子加入Na0.5Bi0.5TiO3薄膜，形成具有单一钙钛矿结构的Na0.5Bi0.5Ti1-xZnxO3-δ薄膜。在研究过程中，发明人制备出了离子分布均匀稳定的前驱体溶液中，降低了薄膜的结晶温度，抑制了杂相的产生。通过掺杂Zn2+，形成缺陷对，牵制了氧空位的运动，降低了薄膜的漏电，提高了Na0.5Bi0.5TiO3薄膜的电学性能，使其在无铅非易失性铁电存储器中具有较广泛的应用前景。另外，发明人首次将掺锌的Na0.5Bi0.5TiO3薄膜沉积在ITO玻璃衬底上，有利于未来研发具有铁电、压电、光电、光折变及非线性光学特性的多功能Na0.5Bi0.5TiO3基薄膜材料。
附图说明
图1为实施例1制备的Na0.5Bi0.5Ti0.995Zn0.005O3-δ薄膜的XRD图谱。其中，横坐标为衍射角2θ，纵坐标为衍射强度。
图2为实施例1制备的Na0.5Bi0.5Ti0.995Zn0.005O3-δ薄膜的电滞回线图谱。其中，横坐标为电场强度：千伏特/厘米，纵坐标为极化强度：微库/平方厘米。
图3为实施例2制备的Na0.5Bi0.5Ti0.99Zn0.01O3-δ薄膜的电滞回线图谱。其中，横坐标为电场强度：千伏特/厘米，纵坐标为极化强度：微库/平方厘米。
图4为实施例2制备的Na0.5Bi0.5Ti0.99Zn0.01O3-δ薄膜的光透过率光谱图。其中，横坐标为波长：纳米，纵坐标为光透过率：％。
图5为实施例4制备的Na0.5Bi0.5Ti0.98Zn0.02O3-δ薄膜的XRD图谱。其中，横坐标为衍射角2θ，纵坐标为衍射强度。
图6为实施例4制备的Na0.5Bi0.5Ti0.98Zn0.02O3-δ薄膜的电滞回线图谱。其中，横坐标为电场强度：千伏特/厘米，纵坐标为极化强度：微库/平方厘米。
图7为实施例4制备的Na0.5Bi0.5Ti0.98Zn0.02O3-δ薄膜的介电频谱图。其中，横坐标为频率：赫兹，左纵坐标为相对介电常数，右纵坐标为介电损耗。
图8为实施例7制备的Na0.5Bi0.5Ti0.96Zn0.04O3-δ薄膜的电滞回线图谱。其中，横坐标为电场强度：千伏特/厘米，纵坐标为极化强度：微库/平方厘米。
图9为实施例7制备的Na0.5Bi0.5Ti0.96Zn0.04O3-δ薄膜的相对介电常数和介电损耗随电压的变化图谱。其中，横坐标为所加电压：伏特，左纵坐标为相对介电常数，右纵坐标为介电损耗。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的阐述，需要明确的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限制，只要是符合本发明精神的任何技术方案，都应该在本发明要求保护的范围内。
实施例1
(1)、按照Na0.5Bi0.5Ti0.995Zn0.005O3-δ的化学计量比，准确称取0.0858g的NaNO3、0.3939g的Bi(CH3COO)3(过量1％)、0.0030g的Zn(NO3)2·6H2O，并量取0.7ml钛酸四正丁酯为原料，另称量0.2g聚乙二醇20000，备用。将NaNO3、Bi(CH3COO)3、Zn(NO3)2·6H2O溶于12.4ml的乙二醇中，在40℃的温度下搅拌至完全溶解，定义为溶液1。将0.7ml钛酸四正丁酯置于烧杯中，量取0.7ml乙酰丙酮逐滴加入钛酸四正丁酯中，并在室温下放置于磁力搅拌器上搅拌至充分混合完成钛的螯合，定义为溶液2。待溶液1冷却至室温后，将1缓慢倒入2中，并放置在磁力搅拌器上于室温下搅拌至混合均匀。将0.2g聚乙二醇20000溶解于5.0ml冰醋酸中并在40℃的温度下搅拌至溶解，待冷却后加入上述混合溶液中，并量取约1.2ml冰醋酸冲洗杯壁倒入所配溶液中。在室温下搅拌约8小时，配成浓度为0.1mol/L 20ml均匀透明的前驱体溶液。
(2)、采用旋转涂膜法将前驱体溶液沉积在ITO玻璃衬底上，旋涂速度为3000转/分钟，旋涂时间为20秒，然后对薄膜进行热处理，处理过程是：先在260℃保温12分钟，再在400℃保温6分钟，然后在500℃退火 10分钟。重复该层层退火工艺，直到薄膜厚度达到约300nm。
如图1，经X-射线衍射仪(德国布鲁克，D8)对Na0.5Bi0.5Ti0.995Zn0.005O3-δ薄膜进行结构测试，所制备的薄膜为多晶的单一钙钛矿结构。利用铁电测试系统(Precision Pro. Radiant Technologies)对Na0.5Bi0.5Ti0.995Zn0.005O3-δ薄膜的电滞回线进行了表征，如图2所示，在415kV/cm的电场强度下，剩余极化(Pr)为31.4μC/cm2，矫顽场(Ec)为240.8kV/cm。
实施例2
(1)、按照Na0.5Bi0.5Ti0.99Zn0.01O3-δ的化学计量比，准确称取0.1717g的NaNO3、0.7878g的Bi(CH3COO)3 (过量1％)、0.0089g的Zn(CH3COO)2·2H2O，并量取1.4ml钛酸四正丁酯为原料，另称量0.2g聚乙二醇20000，备用。将NaNO3、Bi(CH3COO)3、Zn(CH3COO)2·2H2O溶于11.5ml的乙二醇中，在50℃的温度下搅拌至完全溶解，定义为溶液1。将1.4ml钛酸四正丁酯置于烧杯中，量取1.4ml乙酰丙酮逐滴加入钛酸四正丁酯中，并在室温下放置于磁力搅拌器上搅拌至充分混合完成钛的螯合，定义为溶液2。待溶液1冷却至室温后，将1缓慢倒入2中，并放置在磁力搅拌器上于室温下搅拌至混合均匀。将0.2g的聚乙二醇20000溶解于4.0ml冰醋酸中并在50℃的温度下搅拌至溶解，待冷却后加入上述混合溶液中，并量取约1.7ml冰醋酸冲洗杯壁倒入所配溶液中。在室温下搅拌约8小时，配成浓度为0.2mol/L 20ml均匀透明的前驱体溶液。
(2)、采用旋转涂膜法将前驱体溶液沉积在ITO玻璃衬底上，旋涂速度为3000转/分钟，旋涂时间为20秒，然后对薄膜进行热处理，处理过程是：先在280℃保温10分钟，再在400℃保温6分钟，然后在500℃退火 10分钟。重复该层层退火工艺，直到薄膜厚度达到约400nm。
利用铁电测试系统(Precision Pro. Radiant Technologies)对Na0.5Bi0.5Ti0.99Zn0.01O3-δ薄膜的电滞回线进行了表征，如图3所示。在415kV/cm的电场强度下，剩余极化(Pr)为24.7μC/cm2，矫顽场(Ec)为174.3kV/cm。如图4，应用Hitachi U-3500型可记录式分光光度计对Na0.5Bi0.5Ti0.99Zn0.01O3-δ薄膜的光透过率随波长的变化进行测试。其中，横坐标为波长：纳米，纵坐标为光透过率：％。当波长大于400nm时，薄膜的透过率大于80％。
实施例3
(1)、按照Na0.5Bi0.5Ti0.985Zn0.015O3-δ的化学计量比，准确称取0.2102g的CH3COONa(过量1.5％)、1.2494g的Bi(NO3)3·5H2O(过量2％)、0.0163g的Zn(CH3COO)2·2H2O，并量取1.7ml钛酸四正丁酯为原料，另称量0.3g聚乙二醇10000，备用。将CH3COONa、Bi(NO3)3·5H2O、Zn(CH3COO)2·2H2O溶于11.0ml的乙二醇中，在50℃的温度下搅拌至完全溶解，定义为溶液1。将1.7ml钛酸四正丁酯置于烧杯中，量取1.7ml乙酰丙酮逐滴加入钛酸四正丁酯中，并在室温下放置于磁力搅拌器上搅拌至充分混合完成钛的螯合，定义为溶液2。待溶液1冷却至室温后，将1缓慢倒入2中，并放置在磁力搅拌器上于室温下搅拌至混合均匀。将0.3g的聚乙二醇10000溶解于5.0ml冰醋酸中并在50℃的温度下搅拌至溶解，待冷却后加入上述混合溶液中，并量取约0.6ml冰醋酸冲洗杯壁倒入所配溶液中。在室温下搅拌约9小时，配成浓度为0.25mol/L 20ml均匀透明的前驱体溶液。
(2)、采用旋转涂膜法将前驱体溶液沉积在ITO玻璃衬底上，旋涂速度为4000转/分钟，旋涂时间为25秒，然后对薄膜进行热处理，处理过程是：先在280℃保温10分钟，再在400℃保温6分钟，然后在500℃退火 12分钟。重复该层层退火工艺，直到薄膜厚度达到约500nm。
所得薄膜为多晶的单一钙钛矿结构，且具有良好的电学性能。
实施例4
(1)、按照Na0.5Bi0.5Ti0.98Zn0.02O3-δ的化学计量比，准确称取0.2614g的NaNO3 (过量1.5％)、1.4993g的Bi(NO3)3·5H2O(过量2％)、0.0266g的Zn(CH3COO)2·2H2O，并量取2.0ml钛酸四正丁酯为原料，另称量0.3g聚乙二醇10000，备用。将NaNO3、Bi(NO3)3·5H2O、Zn(CH3COO)2·2H2O溶于12.0ml的乙二醇中，在60℃的温度下搅拌至完全溶解，定义为溶液1。将2.0ml钛酸四正丁酯置于烧杯中，量取2.0ml乙酰丙酮逐滴加入钛酸四正丁酯中，并在室温下放置于磁力搅拌器上搅拌至充分混合完成钛的螯合，定义为溶液2。待溶液1冷却至室温后，将1缓慢倒入2中，并放置在磁力搅拌器上于室温下搅拌至混合均匀。将0.3g的聚乙二醇10000溶解于3.5ml冰醋酸中并在60℃的温度下搅拌至溶解，待冷却后加入上述混合溶液中，并量取约0.5ml冰醋酸冲洗杯壁倒入所配溶液中。在室温下搅拌约9小时，配成浓度为0.3mol/L 20ml均匀透明的前驱体溶液。
(2)、采用旋转涂膜法将前驱体溶液沉积在ITO玻璃衬底上，旋涂速度为4000转/分钟，旋涂时间为25秒，然后对薄膜进行热处理，处理过程是：先在300℃保温8分钟，再在450℃保温5分钟，然后在525℃退火 10分钟。重复该层层退火工艺，直到薄膜厚度达到约400nm。
如图5，经X-射线衍射仪(德国布鲁克，D8)对Na0.5Bi0.5Ti0.98Zn0.02O3-δ薄膜进行结构测试，所制备的薄膜为多晶的单一钙钛矿结构。利用铁电测试系统(Precision Pro. Radiant Technologies)对Na0.5Bi0.5Ti0.98Zn0.02O3-δ薄膜的电滞回线进行了表征，如图6所示。在415kV/cm的电场强度下，剩余极化(Pr)为25.3μC/cm2，矫顽场(Ec)为182.4kV/cm。如图7所示，使用Agilent 4294A对Na0.5Bi0.5Ti0.98Zn0.02O3-δ薄膜的介电性能进行了测试，相对介电常数随着频率变化的整体趋势是逐渐减小的，与此同时损耗因子的变化整体趋势先减小后增大。当频率为100kHz时，介电常数和损耗因子分别为358，0.12。
实施例5
(1)、按照Na0.5Bi0.5Ti0.975Zn0.025O3-δ的化学计量比，准确称取0.2522g的CH3COONa(过量1.5％)、1.1935g的Bi(CH3COO)3 (过量2％)、0.0451g的Zn(NO3)2·6H2O，并量取1.7ml钛酸四异丙酯为原料，另称量0.4g聚乙二醇6000，备用。将CH3COONa、Bi(CH3COO)3、Zn(NO3)2·6H2O溶于13.0ml的乙二醇中，在60℃的温度下搅拌至完全溶解，定义为溶液1。将1.7ml钛酸四异丙酯置于烧杯中，量取1.7ml乙酰丙酮逐滴加入钛酸四异丙酯中，并在室温下放置于磁力搅拌器上搅拌至充分混合完成钛的螯合，定义为溶液2。待溶液1冷却至室温后，将1缓慢倒入2中，并放置在磁力搅拌器上于室温下搅拌至混合均匀。将0.4g的聚乙二醇6000溶解于3.0ml冰醋酸中并在60℃的温度下搅拌至溶解，待冷却后加入上述混合溶液中，并量取约0.6ml冰醋酸冲洗杯壁倒入所配溶液中。在室温下搅拌约10小时，配成浓度为0.3mol/L 20ml均匀透明的前驱体溶液。
(2)、采用旋转涂膜法将前驱体溶液沉积在ITO玻璃衬底上，旋涂速度为5000转/分钟，旋涂时间为30秒，然后对薄膜进行热处理，处理过程是：先在300℃保温8分钟，再在450℃保温5分钟，然后在500℃退火12分钟。重复该层层退火工艺，直到薄膜厚度达到约700nm。
所得薄膜为多晶的单一钙钛矿结构，且具有良好的电学性能。
实施例6
(1)、按照Na0.5Bi0.5Ti0.97Zn0.03O3-δ的化学计量比，准确称取0.3065g的NaNO3(过量2％)、1.3992g的Bi(CH3COO)3 (过量2.5％)、0.0631g的Zn(NO3)2·6H2O，并量取2.0ml钛酸四异丙酯为原料，另称量0.4g聚乙二醇6000，备用。将NaNO3、Bi(CH3COO)3、Zn(NO3)2·6H2O溶于12.5ml的乙二醇中，在60℃的温度下搅拌至完全溶解，定义为溶液1。将2.0ml钛酸四异丙酯置于烧杯中，量取2.0ml乙酰丙酮逐滴加入钛酸四异丙酯中，并在室温下放置于磁力搅拌器上搅拌至充分混合完成钛的螯合，定义为溶液2。待溶液1冷却至室温后，将1缓慢倒入2中，并放置在磁力搅拌器上于室温下搅拌至混合均匀。将0.4g的聚乙二醇6000溶解于3.0ml冰醋酸中并在60℃的温度下搅拌至溶解，待冷却后加入上述混合溶液中，并量取约0.5ml冰醋酸冲洗杯壁倒入所配溶液中。在室温下搅拌约10小时，配成浓度为0.35mol/L 20ml均匀透明的前驱体溶液。
(2)、采用旋转涂膜法将前驱体溶液沉积在ITO玻璃衬底上，旋涂速度为5000转/分钟，旋涂时间为30秒，然后对薄膜进行热处理，处理过程是：先在300℃保温8分钟，再在450℃保温5分钟，然后在525℃退火 12分钟。重复该层层退火工艺，直到薄膜厚度达到约1μm。
所得薄膜为多晶的单一钙钛矿结构，且具有良好的电学性能。
实施例7
(1)、按照Na0.5Bi0.5Ti0.96Zn0.04O3-δ的化学计量比，准确称取0.3396g的CH3COONa(过量2.5％)、2.0579g的Bi(NO3)3·5H2O(过量5％)、0.0962g的Zn(NO3)2·6H2O，并量取2.2ml钛酸四异丙酯为原料，另称量0.5g聚乙二醇4000，备用。将CH3COONa、Bi(NO3)3·5H2O、Zn(NO3)2·6H2O溶于12.0ml的乙二醇中，在80℃的温度下搅拌至完全溶解，定义为溶液1。将2.2ml钛酸四异丙酯置于烧杯中，量取2.2ml乙酰丙酮逐滴加入钛酸四异丙酯中，并在室温下放置于磁力搅拌器上搅拌至充分混合完成钛的螯合，定义为溶液2。待溶液1冷却至室温后，将1缓慢倒入2中，并放置在磁力搅拌器上于室温下搅拌至混合均匀。将0.5g的聚乙二醇4000溶解于3.0ml冰醋酸中并在80℃的温度下搅拌至溶解，待冷却后加入上述混合溶液中，并量取约0.6ml冰醋酸冲洗杯壁倒入所配溶液中。在室温下搅拌约12小时，配成浓度为0.4mol/L 20ml均匀透明的前驱体溶液。
(2)、采用旋转涂膜法将前驱体溶液沉积在ITO玻璃衬底上，旋涂速度为6000转/分钟，旋涂时间为40秒，然后对薄膜进行热处理，处理过程是：先在320℃保温6分钟，再在460℃保温4分钟，然后在550℃退火 8分钟。重复该层层退火工艺，直到薄膜厚度达到约550nm。
利用铁电测试系统(Precision Pro. Radiant Technologies)对Na0.5Bi0.5Ti0.96Zn0.04O3薄膜的电滞回线进行了表征，如图8所示。在415kV/cm的电场强度下，剩余极化(Pr)为30.0μC/cm2，矫顽场(Ec)为214.6kV/cm。图9为100kHz下，相对介电常数和介电损耗随所加偏压的变化。电压跟相对介电常数呈强烈的非线性关系，呈现蝶形：曲线关于x=0轴近似对称且正负方向相对介电常数峰值基本相等。另外，介电损耗在正负电压下也呈对称现象。
实施例8
(1)、按照Na0.5Bi0.5Ti0.95Zn0.05O3-δ的化学计量比，准确称取0.3396g的CH3COONa(过量2.5％)、2.0579g的Bi(NO3)3·5H2O(过量5％)、0.0887g的Zn(CH3COO)2·2H2O，并量取2.2ml钛酸四正丁酯为原料，另称量0.5g聚乙二醇4000，备用。将CH3COONa、Bi(NO3)3·5H2O、Zn(CH3COO)2·2H2O溶于12.0ml的乙二醇中，在80℃的温度下搅拌至完全溶解，定义为溶液1。将2.2ml钛酸四异丙酯置于烧杯中，量取2.2ml乙酰丙酮逐滴加入钛酸四异丙酯中，并在室温下放置于磁力搅拌器上搅拌至充分混合完成钛的螯合，定义为溶液2。待溶液1冷却至室温后，将1缓慢倒入2中，并放置在磁力搅拌器上于室温下搅拌至混合均匀。将0.5g的聚乙二醇4000溶解于3.0ml冰醋酸中并在80℃的温度下搅拌至溶解，待冷却后加入上述混合溶液中，并量取约0.6ml冰醋酸冲洗杯壁倒入所配溶液中，在室温下搅拌约12小时，配成浓度为0.4mol/L 20ml均匀透明的前驱体溶液。
(2)、采用旋转涂膜法将前驱体溶液沉积在ITO玻璃衬底上，旋涂速度为6000转/分钟，旋涂时间为40秒，然后对薄膜进行热处理，处理过程是：先在320℃保温6分钟，再在460℃保温4分钟，然后在550℃退火 8分钟；重复该层层退火工艺，直到薄膜厚度达到约800nm。
所得薄膜为多晶的单一钙钛矿结构，且具有良好的电学性能。

Claims (9)

1.一种锌掺杂的钛酸铋钠薄膜，其特征是：以化学通式Na0.5Bi0.5Ti1-xZnxO3-δ表示，其中，Na0.5Bi0.5TiO3为基体，锌离子为掺杂元素；δ是为了维持电荷平衡所失去的氧原子的数目。
2.根据权利要求1所述的锌掺杂的钛酸铋钠薄膜，其特征是：x=0.005~0.05。
3.根据权利要求1所述的锌掺杂的钛酸铋钠薄膜，其特征是：薄膜的总厚度约为300nm~1μm。
4.一种权利要求1所述的锌掺杂的钛酸铋钠薄膜的低温制备方法，其特征是包括以下步骤：
(1)、前驱体溶液的制备
①以醋酸钠或硝酸钠、醋酸铋或硝酸铋、醋酸锌或硝酸锌、钛酸四正丁酯或钛酸四异丙酯为原料，按照Na0.5Bi0.5Ti1-xZnxO3-δ的化学计量比，准确称量各原料，其中，醋酸钠或硝酸钠、醋酸铋或硝酸铋略微过量，另按照经验值称量聚乙二醇4000~20000，备用；
②将醋酸钠或硝酸钠、醋酸铋或硝酸铋、醋酸锌或硝酸锌溶于乙二醇中，在40~80℃的温度下搅拌至完全溶解，定义为溶液1； 
③量取钛酸四正丁酯或钛酸四异丙酯于烧杯中，随后将乙酰丙酮逐滴加入，并放置在磁力搅拌器上于室温下搅拌完成钛的螯合，定义为溶液2；
④待溶液1冷却至室温后，将1缓慢倒入2中，并放置在磁力搅拌器上于室温下搅拌至混合均匀；
⑤将聚乙二醇加入冰醋酸中并在40~80℃的温度下搅拌至溶解，待冷却后加入上述混合溶液中，在室温下搅拌约8~12小时，配成浓度为0.1~0.4mol/L的前驱体溶液；
(2)、薄膜材料的制备：用旋涂法-层层退火工艺制备薄膜
①采用旋涂法将前驱体溶液沉积在衬底上，然后对薄膜进行热处理，处理过程是：先在260~320℃保温6~12分钟，再在400~460℃保温4~6分钟，然后在500~550℃退火 8~12分钟；
②采用上述相同的方法继续将前驱体溶液旋涂到衬底材料上，直至薄膜厚度达到300~600nm，即得。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是：前驱体溶液制备时，醋酸钠或硝酸钠、醋酸铋或硝酸铋分别过量0~2.5mol%、1~5mol%。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是：步骤(1)中乙二醇与冰醋酸的体积比为2:1~6:1，钛酸四正丁酯或钛酸四异丙酯与乙酰丙酮的体积比为1:1。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是：步骤(1)中聚乙二醇质量为0.2~0.5g。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是：所述旋涂工艺中，转速为3000～6000转/分钟，旋涂时间为20～40秒，每次旋涂的前驱体溶液厚度为20～50nm。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是：所述的衬底材料为ITO玻璃。
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