CN104761256A - 一种钛酸铋钠基0-3复合铁电厚膜及其制备方法和应用 - Google Patents
一种钛酸铋钠基0-3复合铁电厚膜及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种钛酸铋钠基0-3复合铁电厚膜及其制备方法和应用，该钛酸铋钠基0-3无铅复合铁电厚膜的化学成份复合化学通式为(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-x(K0.5Na0.5)NbO3，其中0≤x≤1.8，是由(K0.5Na0.5)NbO3粉体和0.95(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.05SrTiO3胶体0-3复合而成，与现有的技术相比，钛酸铋钠基0-3复合铁电厚膜具有取向度高，致密度高，拥有较大的储能密度的同时具有较大的储能效率，可广泛用于储能元器件等方面的应用。
Description
技术领域
本发明属于电子功能材料与器件技术领域，更具体地说，是涉及一种钛酸铋钠基复合铁电厚膜及其制备方法，用于高功率大容量存储电容器件的开发和应用。
技术背景
随着电子电路微型化和集成化的发展，对电子元器件提出了新的要求。储能电容器作为微电子元器件的关键组成之一，不仅要求其拥有高的储能密度和稳定储能性能，而且还要求其具有适应用于高温高压等极端环境的特性。铁电介电材料因其拥有优良的介电性而被各国的研究者作为一种储能材料进行广泛的研究，并实现了其应用。然而铅基材料在制备、使用和废弃过程中对生态环境和人类健康造成严重危害，因此研制无铅铁电材料，是关系到我国电子技术可持续发展的紧迫任务之一。
厚膜与薄膜相比，其铁电性能较少受地界面、表面等影响，较大的厚度也能产生更大的驱动力，而且具有更高的灵敏度和更宽的工作频率。
目前制备厚膜的方法主要以丝网印刷、气相沉积、液相沉淀和胶体-凝胶为主，但是通过这些方法制作得到的厚膜并不能达到理想的致密度和做到无裂纹，而主流的胶体凝胶法制备无铅Na0.5Bi0.5TiO3基铁电厚膜因受限于临界厚度其厚度不超过二微米，且胶体性能不稳定，难于在实际中得到应用。近年来有关如何提高Na0.5Bi0.5TiO3基铁电厚膜的厚度和提高稳定性的研究的甚少。
专利申请号200810046659.5提供了一种钛酸铋钠基无铅压电厚膜的制备方法，提供该方法制备得到的压电厚膜具有与陶瓷体材料相比拟的致密度和电性能；专利申请号201310660896.1提供了一种钛酸铋钠-钛酸钡无铅复合压电厚膜的制备方法，该方法能够提高厚膜的介电、铁电及压电性能。但是，有关钛酸铋钠-铌酸钾钠-钛酸锶基无铅0-3复合压铁电厚膜能用于高功率大容量存储电容器件的研究还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高储能0-3无铅复合铁电厚其制备方法，通过该制备方法得到的0-3无铅复合铁电厚膜既具有高储能密度和高储能效率，又具有低介电损耗，适用于储能电容器。
为实现发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种钛酸铋钠基0-3复合铁电厚膜，其化学成份复合化学通式为(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-x(K0.5Na0.5)NbO3，其中0≤x≤1.8。
进一步的，所述的(K0.5Na0.5)NbO3为粉体，所述的0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3为胶体。
进一步的，所述的钛酸铋钠基0-3复合铁电厚膜的总厚度为3～10
微米。
本发明的另一目的还关于一种钛酸铋钠基0-3复合铁电厚膜的制备方法，采取如下技术方案：
一种钛酸铋钠基0-3复合铁电厚膜的制备方法，包括如下步骤：
1)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-x(K0.5Na0.5)NbO3混合浆料的制备
按(K0.5Na0.5)NbO3：(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)的摩尔比为x：1进行配比，其中0≤x≤1.8，将(K0.5Na0.5)NbO3粉体分散到(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)胶体中，经球磨充分分散均匀，得到稳定的混合浆料；
2)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-x(K0.5Na0.5)NbO3厚膜的制备
采用旋涂工艺将步骤1)所得的混合浆料通过旋转涂覆的方法涂覆在硅基片上，所述的旋转涂覆的速度为2500～4000转/分，旋涂时间为30～50秒，然后对硅基片涂覆的(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-x(K0.5Na0.5)NbO3湿凝胶膜进行热处理工艺，重复上述旋涂工艺-热处理工艺，得到(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-x(K0.5Na0.5)NbO30-3复合无铅铁电厚膜。
作为优选，所述的热处理工艺是将湿凝胶膜于140℃～160℃干燥2～5min，然后在380℃～450℃处理5～15min，再慢慢推入管式电阻炉中，用700℃～800℃的温度处理2～5min，慢慢取出基片，防止膜因温度的骤变而开裂。
作为优选，所述的重复上述旋涂工艺-热处理工艺，直至所需的复合铁电厚膜的厚度时，将其于700℃～800℃的温度处理8～15min。
作为优选，所述的(K0.5Na0.5)NbO3粉体的制备方法，包括如下步骤:
1)按(K0.5Na0.5)NbO3的化学计量比配料，将NaCO3、Nb2O5和K2CO3混合，经球磨后烘干；所述的球磨时间优选为12h～24h，球磨能提高粉体元素分布均匀性，并达到细化粉体的目的；所述的NaCO3、Nb2O5和K2CO3的纯度大于99wt％；
2)将步骤1)制得的粉体，放入坩埚，以1℃～5℃/min的升温速率升温至900～1200℃下烧结；优选的保温时间为2h～6h；
3)将步骤2)制得的粉体，再次球磨，所述的球磨时间优选为12hr～24hr；再次球磨能更加细化粉体的粒径，防止团聚的作用，最终得到超细粉体；
4)将步骤3)获得的粉体，以转数500～700r/min，离心时间1～4min进行离心选粉后，放到烘箱里烘干，离心选粉能达到得到超细粉体的目的。
作为优选，所述的0.95Na0.5Bi0.5T-0.055SrTiO3胶体的制备方法为：将乙酸钠、硝酸铋、乙酸锶和钛酸四正丁酯溶于乙二醇甲醚，加螯合剂乙酰丙酮，滴入催化剂冰乙酸进行充分的混合后，加入聚乙烯吡咯烷酮，放置12-48小时配置得到0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3前驱体溶液，该前驱体溶液的摩尔浓度控制在0.3～0.7mol/L，其中乙酸钠：硝酸铋：乙酸锶：钛酸四正丁酯摩尔比为1.05：1.05：0.05：1，乙二醇甲醚：乙酰丙酮的摩尔比为9：2，聚乙烯吡咯烷酮：钛酸四正丁酯摩尔比为1：1。
本发明的另一目的还在(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-x(K0.5Na0.5)NbO3，其中0≤x≤1.8复合铁电厚膜的应用，利用离子溅射将所得的(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-x(K0.5Na0.5)NbO3铁电厚膜表面上喷涂电极材料Au得到电极。
本发明的提供的(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-x(K0.5Na0.5)NbO3复合铁电厚膜其中0≤x≤1.8，可以通过(K0.5Na0.5)NbO3的复合降低剩余极化，在外加电场的作用下厚膜弱的铁电性转变为长程有序的铁电相，能够获得较大的极化差值，从而有利于储能密度的增加和储能效率的提高，其有益效果体现在：
1)在(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)胶体中复合(K0.5Na0.5)NbO3粉体有助于晶体的生长取向，使晶相由不利于储能的三方相向四方或伪立方相转变；
2)(K0.5Na0.5)NbO3粉体的复合有利于增加膜的厚度，从而提高其实际应用价值；
3)向胶体中加入聚乙烯吡咯烷酮可以提高前驱体的粘度和增加膜的致密度，并起到降低结晶温度的作用，如果不加的话其击穿场强降低，漏电流变大不利于储能。
附图说明
图1是本发明实施例制备0-3复合无铅厚膜的XRD图谱；
图2是本发明实施例与实施例制备的0-3复合厚膜在击穿场强下的P-E图谱；
图3是本发明实施例与实施例制备的0-3复合厚膜从100kV/cm到其击穿场强的储能密度和储能效率变化图谱。
具体实施方式
下面结合具体的附图及实施例对本发明做进一步的详细说明，经试验发现，采用如下实施例中的方法制备的无铅铁电厚膜层的性能更佳。
| 实施例 | 厚膜化学组成 | 膜厚度(μm) |
| 实施例a | (0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-0.5(K0.5Na0.5)NbO3 | 5.6 |
| 实施例b | (0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-0.8(K0.5Na0.5)NbO3 | 5.6 |
| 实施例c | (0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.5(K0.5Na0.5)NbO3 | 5.6 |
| 实施例d | (0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.8(K0.5Na0.5)NbO3 | 5.6 |
| 实施例e | (0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.8(K0.5Na0.5)NbO3 | 7 |
| 实施例f | (0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.8(K0.5Na0.5)NbO3 | 9.8 |
实施例a：(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-0.5(K0.5Na0.5)NbO3复合铁电厚膜及其制备
(1)(K0.5Na0.5)NbO3粉体的制备
1)以NaCO3、Nb2O5和K2CO3为原料，按(K0.5Na0.5)NbO3的化学计量比配料，经球磨24h后烘干；
2)将步骤1)制得的粉体，放入坩埚，以1℃～5℃/min的升温速率升温至1000℃，并保温时间为4h；
3)将步骤2)制得的粉体，再次球磨24h；
4)将步骤3)获得的粉体，以转数500～700r/min，离心时间2分钟，离心选粉后，放到烘箱里烘干。
(2)0.95Na0.5Bi0.5T-0.05SrTiO3胶体的制备
将乙酸钠、硝酸铋、乙酸锶和钛酸四正丁酯溶于乙二醇甲醚，加螯合剂乙酰丙酮，滴入催化剂冰乙酸进行充分的混合后，加入聚乙烯吡咯烷酮，放置12-48小时，配置得到0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3前驱体溶液，该前驱体溶液的摩尔浓度控制在0.3～0.7mol/L，其中乙酸钠：硝酸铋：乙酸锶：钛酸四正丁酯摩尔比为1.05：1.05：0.05：1，乙二醇甲醚：乙酰丙酮的摩尔比为9：2，聚乙烯吡咯烷酮单体：钛酸四正丁酯摩尔比为1：1。
(3)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-0.5(K0.5Na0.5)NbO3无铅铁电厚膜的制备
1)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-0.5(K0.5Na0.5)NbO3浆料的制
备
按(K0.5Na0.5)NbO3：(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)的摩尔比为
0.5:1进行配比，将(K0.5Na0.5)NbO3粉体分散到0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3胶体中，经球磨充分分散均匀，得到稳定的混合浆料；将浆料超声处理5分钟后，再到真空箱真空处理五分钟。
2)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-0.5(K0.5Na0.5)NbO3厚膜的制备
将步骤1)中获得的(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-0.5(K0.5Na0.5)NbO3浆料通过旋转涂覆的方法涂覆在LaNiO3/Si(100)基片上，旋转涂覆的速度为2500～4000转/分，旋涂时间30～50秒，然后将在LaNiO3/Si(100)基片涂覆(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-0.5(K0.5Na0.5)NbO3湿凝胶膜在150℃干燥3min，然后在410℃处理10min，之后再慢慢推入管式电阻炉中，用750℃的温度处理3min，再慢慢取出基片，防止膜因温度的骤变而开裂。如此反复，当厚度为5.6μm时，直接放入750℃的温度处理10min，即可得到(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-0.5(K0.5Na0.5)NbO30-3复合无铅铁电厚膜，并利用离子溅射将在膜表面上喷涂电极材料Au。
实施例b：(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-0.8(K0.5Na0.5)NbO3复合铁电厚膜及其制备
(1)(K0.5Na0.5)NbO3粉体的制备
1)以NaCO3、Nb2O5和K2CO3为原料，按(K0.5Na0.5)NbO3的化学计量比配料，经球磨24h后烘干；
2)将步骤1)制得的粉体，放入坩埚，以1℃～5℃/min的升温速率升温至1200℃，并保温时间为4h；
3)将步骤2)制得的粉体，再次球磨24h；
4)将步骤3)获得的粉体，以转数500～700r/min，离心时间2分钟，离心选粉后，放到烘箱里烘干。
(2)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)胶体的制备
将乙酸钠、硝酸铋、乙酸锶和钛酸四正丁酯溶于乙二醇甲醚，加螯合剂乙酰丙酮，滴入催化剂冰乙酸进行充分的混合后，加入聚乙烯吡咯烷酮，放置12-48小时，配置得到0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3前驱体溶液，该前驱体溶液的摩尔浓度控制在0.3～0.7mol/L，其中乙酸钠：硝酸铋：乙酸锶：钛酸四正丁酯摩尔比为1.05：1.05：0.05：1，乙二醇甲醚：乙酰丙酮的摩尔比为9：2，聚乙烯吡咯烷酮单体：钛酸四正丁酯摩尔比为1：1。
(3)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-0.8(K0.5Na0.5)NbO3无铅铁电厚膜的制备
1)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-0.8(K0.5Na0.5)NbO3浆料的制备
按(K0.5Na0.5)NbO3：(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)的摩尔比为0.8：1进行配比，将(K0.5Na0.5)NbO3粉体分散到(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)胶体中，经球磨充分分散均匀，得到稳定的混合浆料；将浆料超声处理5分钟后，再到真空箱真空处理五分钟。
2)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-0.8(K0.5Na0.5)NbO3厚膜的制备
将步骤1)中获得的(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-0.8(K0.5Na0.5)NbO3浆料通过旋转涂覆的方法涂覆在LaNiO3/Si(100)基片上，旋转涂覆的速度为2500～4000转/分，旋涂时间30～50秒，然后将在LaNiO3/Si(100)基片涂覆(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-0.8(K0.5Na0.5)NbO3湿凝胶膜在150℃干燥3min，然后在410℃处理10min，之后再慢慢推入管式电阻炉中，用750℃的温度处理3min，再慢慢取出基片，防止膜因温度的骤变而开裂。如此反复，当厚度为5.6μm时，直接放入750℃的温度处理10min，即可得到(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-0.8(K0.5Na0.5)NbO30-3复合无铅铁电厚膜，并利用离子溅射将在膜表面上喷涂电极材料Au。
实施例c：(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.5(K0.5Na0.5)NbO3复合铁电厚膜及其制备
(1)(K0.5Na0.5)NbO3粉体的制备
1)以NaCO3、Nb2O5和K2CO3为原料，按(K0.5Na0.5)NbO3的化学计量比配料，经球磨24h后烘干；
2)将步骤1)制得的粉体，放入坩埚，以1℃～5℃/min的升温速率升温至900℃，并保温时间为6h；
3)将步骤2)制得的粉体，再次球磨24h；
4)将步骤3)获得的粉体，以转数500～700r/min，离心时间2分钟，离心选粉后，放到烘箱里烘干。
(2)0.95Na0.5Bi0.5T-0.05SrTiO3胶体的制备
将乙酸钠、硝酸铋、乙酸锶和钛酸四正丁酯溶于乙二醇甲醚，加螯合剂乙酰丙酮，滴入催化剂冰乙酸进行充分的混合后，加入聚乙烯吡咯烷酮，放置12-48小时，配置得到0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3前驱体溶液，该前驱体溶液的摩尔浓度控制在0.3～0.7mol/L，其中乙酸钠：硝酸铋：乙酸锶：钛酸四正丁酯摩尔比为1.05：1.05：0.05：1，乙二醇甲醚：乙酰丙酮的摩尔比为9：2，聚乙烯吡咯烷酮单体：钛酸四正丁酯摩尔比为1：1。
(3)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.5(K0.5Na0.5)NbO3无铅铁电厚膜的制备
1)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.5(K0.5Na0.5)NbO3浆料的制备
按(K0.5Na0.5)NbO3：(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)的摩尔比为1.5：1进行配比，将(K0.5Na0.5)NbO3粉体分散到0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3胶体中，经球磨充分分散均匀，得到稳定的混合浆料；将浆料超声处理5分钟后，再到真空箱真空处理五分钟。
2)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.5(K0.5Na0.5)NbO3厚膜的制备
将步骤1)中获得的(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.5(K0.5Na0.5)NbO3浆料通过旋转涂覆的方法涂覆在LaNiO3/Si(100)基片上，旋转涂覆的速度为2500～4000转/分，旋涂时间30～50秒，然后将在LaNiO3/Si(100)基片涂覆(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.5(K0.5Na0.5)NbO3湿凝胶膜在160℃干燥2min，然后在450℃处理8min，之后再慢慢推入管式电阻炉中，用780℃的温度处理2min，再慢慢取出基片，防止膜因温度的骤变而开裂。如此反复，当厚度为5.6μm时，直接放入780℃的温度处理10min，即可得到(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.5(K0.5Na0.5)NbO3复合无铅铁电厚膜，并利用离子溅射将在膜表面上喷涂电极材料Au。
实施例d：(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.8(K0.5Na0.5)NbO3复合铁电厚膜及其制备
(1)(K0.5Na0.5)NbO3粉体的制备
1)以NaCO3、Nb2O5和K2CO3为原料，按(K0.5Na0.5)NbO3的化学计量比配料，经球磨24h后烘干；
2)将步骤1)制得的粉体，放入坩埚，以4℃/min的升温速率升温至1100℃，并保温时间为4h；
3)将步骤2)制得的粉体，再次球磨24h；
4)将步骤3)获得的粉体，以转数500～700r/min，离心时间2分钟，离心选粉后，放到烘箱里烘干。
(2)(0.95Na0.5Bi0.5T-0.05SrTiO3)胶体的制备
将乙酸钠、硝酸铋、乙酸锶和钛酸四正丁酯溶于乙二醇甲醚，加螯合剂乙酰丙酮，滴入催化剂冰乙酸进行充分的混合后，加入聚乙烯吡咯烷酮，放置12-48，配置得到0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3前驱体溶液，该前驱体溶液的摩尔浓度控制在0.3～0.7mol/L，其中乙酸钠：硝酸铋：乙酸锶：钛酸四正丁酯摩尔比为1.05：1.05：0.05：1，乙二醇甲醚：乙酰丙酮的摩尔比为9：2，聚乙烯吡咯烷酮单体：钛酸四正丁酯摩尔比为1：1。
(3)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.8(K0.5Na0.5)NbO3无铅铁电厚膜的制备
1)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.8(K0.5Na0.5)NbO3浆料的制备
按(K0.5Na0.5)NbO3：(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)的摩尔比为1.8：1进行配比，将(K0.5Na0.5)NbO3粉体分散到0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3胶体中，经球磨充分分散均匀，得到稳定的混合浆料；将浆料超声处理5分钟后，再到真空箱真空处理五分钟。
2)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.8(K0.5Na0.5)NbO3厚膜的制备
将步骤1)中获得的(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.8(K0.5Na0.5)NbO3浆料通过旋转涂覆的方法涂覆在LaNiO3/Si(100)基片上，旋转涂覆的速度为2500～4000转/分，旋涂时间30～50秒，然后将在LaNiO3/Si(100)基片涂覆(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.8(K0.5Na0.5)NbO3湿凝胶膜在150℃干燥3min，然后在410℃处理10min，之后再慢慢推入管式电阻炉中，用750℃的温度处理3min，再慢慢取出基片，防止膜因温度的骤变而开裂。如此反复，当厚度为5.6μm时，直接放入750℃的温度处理10min，即可得到(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.8(K0.5Na0.5)NbO3复合无铅铁电厚膜，并利用离子溅射将在膜表面上喷涂电极材料Au。
实施例e：(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.8(K0.5Na0.5)NbO3复合铁电厚膜及其制备
(1)(K0.5Na0.5)NbO3粉体的制备
1)以NaCO3、Nb2O5和K2CO3为原料，按(K0.5Na0.5)NbO3的化学计量比配料，经球磨24h后烘干；
2)将步骤1)制得的粉体，放入坩埚，以1℃～5℃/min的升温速率升温至900～1200℃，并保温时间为4h；
3)将步骤2)制得的粉体，再次球磨24h；
4)将步骤3)获得的粉体，以转数500～700r/min，离心时间2分钟，离心选粉后，放到烘箱里烘干。
(2)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)胶体的制备
将乙酸钠、硝酸铋、乙酸锶和钛酸四正丁酯溶于乙二醇甲醚，加螯合剂乙酰丙酮，滴入催化剂冰乙酸进行充分的混合后，加入聚乙烯吡咯烷酮，放置12-48小时，配置得到0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3前驱体溶液，该前驱体溶液的摩尔浓度控制在0.3～0.7mol/L，其中乙酸钠：硝酸铋：乙酸锶：钛酸四正丁酯摩尔比为1.05：1.05：0.05：1，乙二醇甲醚：乙酰丙酮的摩尔比为9：2，聚乙烯吡咯烷酮单体：钛酸四正丁酯摩尔比为1：1。
(3)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.8(K0.5Na0.5)NbO3无铅铁电厚膜的制备
1)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.8(K0.5Na0.5)NbO3浆料的制备
按(K0.5Na0.5)NbO3：(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)的摩尔比为1.8：1进行配比，将(K0.5Na0.5)NbO3粉体分散到0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3胶体中，经球磨充分分散均匀，得到稳定的混合浆料；将浆料超声处理5分钟后，再到真空箱真空处理五分钟。
2)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.8(K0.5Na0.5)NbO3厚膜的制备
将步骤1)中获得的(1-x)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.8(K0.5Na0.5)NbO3浆料通过旋转涂覆的方法涂覆在LaNiO3/Si(100)基片上，旋转涂覆的速度为2500～4000转/分，旋涂时间30～50秒，然后将在LaNiO3/Si(100)基片涂覆(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.8(K0.5Na0.5)NbO3湿凝胶膜在150℃干燥3min，然后在410℃处理10min，之后再慢慢推入管式电阻炉中，用750℃的温度处理3min，再慢慢取出基片，防止膜因温度的骤变而开裂。如此反复，当厚度为7μm时，直接放入750℃的温度处理10min，即可得到(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.8(K0.5Na0.5)NbO3复合无铅铁电厚膜，并利用离子溅射将在膜表面上喷涂电极材料Au。
实施例f：(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.8(K0.5Na0.5)NbO3复合铁电厚膜及其制备
(1)(K0.5Na0.5)NbO3粉体的制备
1)以NaCO3、Nb2O5和K2CO3为原料，按(K0.5Na0.5)NbO3的化学计量比配料，经球磨24h后烘干；
2)将步骤1)制得的粉体，放入坩埚，以1℃～5℃/min的升温速率升温至1200℃，并保温时间为4h；
3)将步骤2)制得的粉体，再次球磨24h；
4)将步骤3)获得的粉体，以转数500～700r/min，离心时间2分钟，离心选粉后，放到烘箱里烘干。
(2)(0.95Na0.5Bi0.5T-0.05SrTiO3)胶体的制备
将乙酸钠、硝酸铋、乙酸锶和钛酸四正丁酯溶于乙二醇甲醚，加螯合剂乙酰丙酮，滴入催化剂冰乙酸进行充分的混合后，加入聚乙烯吡咯烷酮，放置12-48小时，配置得到0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3前驱体溶液，该前驱体溶液的摩尔浓度控制在0.3～0.7mol/L，其中乙酸钠：硝酸铋：乙酸锶：钛酸四正丁酯摩尔比为1.05：1.05：0.05：1，乙二醇甲醚：乙酰丙酮的摩尔比为9：2，聚乙烯吡咯烷酮单体：钛酸四正丁酯摩尔比为1：1。
(3)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.8(K0.5Na0.5)NbO3无铅铁电厚膜的制备
1)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.8(K0.5Na0.5)NbO3浆料的制备
按(K0.5Na0.5)NbO3：(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)的摩尔比为是
1.8：1进行配比，将(K0.5Na0.5)NbO3粉体分散到(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)胶体中，经球磨充分分散均匀，得到稳定的混合浆料；将浆料超声处理5分钟后，再到真空箱真空处理五分钟。
2)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.8(K0.5Na0.5)NbO3厚膜的制备
将步骤1)中获得的(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.8(K0.5Na0.5)NbO3浆料通过旋转涂覆的方法涂覆在LaNiO3/Si(100)基片上，旋转涂覆的速度为2500～4000转/分，旋涂时间30～50秒，然后将在LaNiO3/Si(100)基片涂覆(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.8(K0.5Na0.5)NbO3湿凝胶膜在150℃干燥3min，然后在410℃处理10min，之后再慢慢推入管式电阻炉中，用750℃的温度处理3min，再慢慢取出基片，防止膜因温度的骤变而开裂。如此反复，当厚度为9.8μm时，直接放入750℃的温度处理10min，即可得到(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-1.8(K0.5Na0.5)NbO3复合无铅铁电厚膜，并利用离子溅射将在膜表面上喷涂电极材料Au。
Claims (10)
1.一种钛酸铋钠基0-3复合铁电厚膜，其化学成份复合化学通式为(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-x(K0.5Na0.5)NbO3，其中0≤x≤1.8。
2.根据权利要求1所述的钛酸铋钠基0-3复合铁电厚膜，其特征在于所述的(K0.5Na0.5)NbO3为粉体，所述的0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3为胶体。
3.根据权利要求1所述的钛酸铋钠基0-3复合铁电厚膜，其特征在于所述的钛酸铋钠基0-3复合铁电厚膜的总厚度为3～10微米。
4.一种如权利要求1所述的钛酸铋钠基0-3复合铁电厚膜的应用，其特征在于利用离子溅射往(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-x(K0.5Na0. 5)NbO3铁电厚膜表面上喷涂电极材料得到电极，其中0≤x≤1.8。
5.一种制备如权利要求1所述的钛酸铋钠基0-3复合铁电厚膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-x(K0.5Na0.5)NbO3混合浆料的制备
按(K0.5Na0.5)NbO3：(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)的摩尔比为x：1进行配比，其中，0≤x≤1.8，将(K0.5Na0.5)NbO3粉体分散到0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3胶体中，经球磨充分分散均匀，得到稳定的混合浆料；
2)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-x(K0.5Na0.5)NbO3厚膜的制备采用旋涂工艺将步骤1)所得的混合浆料通过旋转涂覆的方法涂覆在硅基片上，所述的旋转涂覆的速度为2500～4000转/分，旋涂时间为30～50秒，然后对硅基片涂覆的(Na0.5Bi0.5TiO3-5SrTiO3)-x(K0.5Na0.5)NbO3湿凝胶膜进行热处理工艺，重复上述旋涂工艺-热处理工艺，得到钛酸铋钠基0-3复合铁电厚膜。
6.根据权利要求5所述的钛酸铋钠基0-3复合铁电厚膜的制备方法，其特征在于所述的热处理工艺是将湿凝胶膜于140℃～160℃干燥2～5min，然后在380～450℃处理5～15min，再慢慢推入管式电阻炉中，用700℃～800℃的温度处理2～5min。
7.根据权利要求5所述的钛酸铋钠基0-3复合铁电厚膜的制备方法，其特征在于所述的重复上述旋涂工艺-热处理工艺，直至所需的复合铁电厚膜的厚度时，将所得的复合铁电厚膜于700℃～800℃的温度处理8～15min。
8.根据权利要求5所述的钛酸铋钠基0-3复合铁电厚膜的制备方法，其特征在于所述的(K0.5Na0.5)NbO3粉体的制备方法，包括如下步骤：
1)按(K0.5Na0.5)NbO3的化学计量比配料，将NaCO3、Nb2O5和K2CO3混合，经球磨后烘干，所述的球磨时间为12h～24h；
2)将步骤1)制得的粉体，放入坩埚，以1℃～5℃/min的升温速率升温至900～1200℃下烧结,保温时间为2h～6h；
3)将步骤2)制得的粉体，再次球磨12h～24h；
4)将步骤3)获得的粉体，转数500～700r/min,离心时间1～4分钟进行离心选粉后，放到烘箱里烘干。
9.根据权利要求4所述的钛酸铋钠基0-3复合铁电厚膜的制备方法，其特征在于所述的0.95Na0.5Bi0.5T-0.055SrTiO3胶体的制备方法为：将乙酸钠、硝酸铋、乙酸锶和钛酸四正丁酯溶于乙二醇甲醚，加螯合剂乙酰丙酮，滴入催化剂冰乙酸进行充分的混合后，加入聚乙烯吡咯烷酮，放置12-48小时配置得到0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3前驱体溶液，该前驱体溶液的摩尔浓度控制在0.3～0.7mol/L，其中乙酸钠：硝酸铋：乙酸锶：钛酸四正丁酯摩尔比为1.05：1.05：0.05：1，乙二醇甲醚：乙酰丙酮的摩尔比为9：2，聚乙烯吡咯烷酮：钛酸四正丁酯摩尔比为1：1。
10.一种制备如权利要求1所述的钛酸铋钠基0-3复合铁电厚膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)(K0.5Na0.5)NbO3粉体的制备方法，包括如下步骤：
1)按(K0.5Na0.5)NbO3的化学计量比配料，将NaCO3、Nb2O5和K2CO3混合，经球磨后烘干，所述的球磨时间为24h；
2)将步骤1)制得的粉体，放入坩埚，以3℃/min的升温速率升温至1000℃下烧结,保温时间为4h；
3)将步骤2)制得的粉体，再次球磨24h；
4)将步骤3)获得的粉体，转数600r/min,离心时间2分钟进行离心选粉后，放到烘箱里烘干。
(2)0.95Na0.5Bi0.5T-0.05SrTiO3胶体的制备方法为：
将乙酸钠、硝酸铋、乙酸锶和钛酸四正丁酯溶于乙二醇甲醚，加螯合剂乙酰丙酮，滴入催化剂冰乙酸进行充分的混合后，加入聚乙烯吡咯烷酮，放置12-48小时配置得到0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3前驱体溶液，该前驱体溶液的摩尔浓度控制在0.3～0.7mol/L，其中乙酸钠：硝酸铋：乙酸锶：钛酸四正丁酯摩尔比为1.05：1.05：0.05：1，乙二醇甲醚：乙酰丙酮的摩尔比为9:2，聚乙烯吡咯烷酮：钛酸四正丁酯摩尔比为1：1。
(3)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-x(K0.5Na0.5)NbO3混合浆料的制备
按(K0.5Na0.5)NbO3：(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)的摩尔比为x：1进行配比，其中，0≤x≤1.8，将(K0.5Na0.5)NbO3粉体分散到Na0.5Bi0.5TiO3-5SrTiO3胶体中，经球磨充分分散均匀，得到稳定的混合浆料；
(4)(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-x(K0.5Na0.5)NbO3厚膜的制备
采用旋涂工艺将步骤(3)所得的混合浆料通过旋转涂覆的方法涂覆在硅基片上，所述的旋转涂覆的速度为2500～4000转/分，旋涂时间为30～50秒，然后对硅基片涂覆的(0.95Na0.5Bi0.5TiO3-0.05SrTiO3)-x(K0.5Na0.5)NbO3，其中0≤x≤1.8湿凝胶膜进行热处理工艺，重复上述旋涂工艺-热处理工艺，得到钛酸铋钠基0-3复合铁电厚膜。
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| CN101215172A (zh) * | 2008-01-09 | 2008-07-09 | 华中科技大学 | 一种制备钛酸铋钠基无铅压电厚膜的方法 |
| CN101805179A (zh) * | 2010-03-04 | 2010-08-18 | 西北工业大学 | 钛酸锶钡厚膜材料的制备方法 |
| CN103708848A (zh) * | 2013-09-26 | 2014-04-09 | 内蒙古科技大学 | 一种复合结构高电能密度厚膜及其制备方法 |
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