CN109825873B - 一种单晶铁酸铋薄膜的制备方法 - Google Patents

一种单晶铁酸铋薄膜的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109825873B
CN109825873B CN201910234414.3A CN201910234414A CN109825873B CN 109825873 B CN109825873 B CN 109825873B CN 201910234414 A CN201910234414 A CN 201910234414A CN 109825873 B CN109825873 B CN 109825873B
Authority
CN
China
Prior art keywords
bismuth
reaction kettle
ferrite film
crystal
bismuth ferrite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910234414.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109825873A (zh
Inventor
任召辉
傅钢杰
武梦姣
李玮
韩高荣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN201910234414.3A priority Critical patent/CN109825873B/zh
Publication of CN109825873A publication Critical patent/CN109825873A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109825873B publication Critical patent/CN109825873B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种单晶铁酸铋薄膜的制备方法。本发明采用水热法首次制得了单晶铁酸铋薄膜。该方法以九水合硝酸铁和五水合硝酸铋作为主要原料，氢氧化钾作为矿化剂，室温下强力搅拌，加入掺铌钛酸锶基板，然后将其在高温下进行水热处理，得到单晶铁酸铋薄膜。本发明工艺过程简单，易于控制，无污染，成本低，易于规模化生产；制备的产品为高质量的大面积单晶薄膜，并且与基板形成了高质量的异质结界面，在信息存储、自旋电子器件、传感器等领域具有广泛的潜在应用前景。

Description

一种单晶铁酸铋薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种单晶铁酸铋薄膜的制备方法，属于功能材料制备领域。
背景技术
随着信息产业的迅猛发展，本着对大容量、高速度、低损耗等更佳性能的追求，多铁材料因其多铁性吸引了科研工作者的广泛关注，在自旋电子器件、传感器、信息存储器件等新型多功能器件领域有着广阔的应用前景。作为目前唯一铁电转变温度和磁有序温度都在室温以上的多铁性材料，铁酸铋(BiFeO3)得到了科研工作者的广泛关注和研究。但是目前BiFeO3的研究也遇到了很多的困难，主要有以下几个方面：第一，BiFeO3纯相合成困难，经常伴随有Bi2Fe4O9、Bi25FeO39等杂相，从而影响其性能。第二，BiFeO3材料中容易存在电荷缺陷，导致样品的漏电流密度较大，在室温下难以观测到饱和的电滞回线，从而限制了该材料本身铁电性能的贡献。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本，工艺简单，过程易于控制的单晶铁酸铋薄膜的制备方法，并且获得高质量的异质结界面。
本发明的单晶铁酸铋薄膜的制备方法，包括以下步骤：
1)按摩尔比1:1计量称取九水合硝酸铁和五水合硝酸铋，溶解于去离子水中，充分搅拌，得到含有铁和铋的金属盐溶液；
2)在搅拌状态下，向步骤1)制得的含有铁和铋的金属盐溶液中加入氢氧化钾水溶液，搅拌2～3h，得到铁和铋的氢氧化物悬浊液；
3)将步骤2)制得的铁和铋的氢氧化物悬浊液加入到反应釜内胆中，用去离子水调节反应釜内胆中的反应物料体积达到反应釜内胆容积的70％，搅拌至少5min，获得前驱体浆料，其中铁和铋的氢氧化物摩尔浓度均为0.01～0.04mol/L，氢氧化钾摩尔浓度为4mol/L，摩尔浓度的体积基数为前驱体浆料的总体积；
4)将单晶掺铌钛酸锶基板按照先后顺序在丙酮、乙醇、去离子水、乙醇中各超声至少10min，随后在60℃下干燥，然后将干燥后的掺铌钛酸锶基板垂直置于离反应釜内胆底部1～2cm的位置；
5)将步骤4)配置有反应物料和基板的反应釜内胆置于反应釜中，密封，在140～200℃下保存2～12h进行水热处理，然后让反应釜自然冷却到室温，卸釜后，用去离子水和无水乙醇反复洗涤反应产物，过滤，烘干，制得单晶铁酸铋薄膜。
所述的反应釜为聚四氟乙烯内胆，不锈钢套件密闭的反应釜，基板放置在聚四氟乙烯架子上。
所述的九水合硝酸铁、五水合硝酸铋和氢氧化钾的纯度都不低于化学纯。
所述的掺铌钛酸锶基板为单抛或双抛正方形单晶基片，取向为(001)，掺Nb浓度不高于1.0wt％。
所制得的铁酸铋薄膜的厚度为4～300nm。
本发明的有益效果在于：
不同于通常制备铁酸铋薄膜所采用的PLD等物理沉积方法，本发明在铁和铋摩尔浓度比为1：1的条件下，采用水热法制备铁酸铋薄膜。水热法可以在较低的温度下实现保持铁酸铋化学计量的合成。同时，由于反应环境为液相，十分有利于结晶反应的均匀成核和扩散，且产物结晶性能良好。在这种制备方法中，引入掺铌钛酸锶(Nb-SrTiO3)导电基板，通过界面的电荷转移以及异质形核的共同作用调控铁酸铋晶体的生长。因此通过此制备方法，在水热环境中可以制备出具备高质量的大面积单晶铁酸铋薄膜，并且与基板形成了高质量的异质结界面。本发明工艺过程简单，易于控制，无污染，成本低，易于生产。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的单晶铁酸铋薄膜的扫描电子显微镜(SEM)图；
图2是本发明实施例2制备的单晶铁酸铋薄膜的X射线衍射图谱(XRD)；
图3是本发明实施例1制备的单晶铁酸铋薄膜的透射电子显微镜(TEM)图。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
1)按摩尔比1:1计量称取九水合硝酸铁和五水合硝酸铋，溶解于去离子水中，充分搅拌，得到含有铁和铋的金属盐溶液；
2)在搅拌状态下，向步骤1)制得的含有铁和铋的金属盐溶液中加入氢氧化钾水溶液，搅拌2h，得到铁和铋的氢氧化物悬浊液；
3)将步骤2)制得的铁和铋的氢氧化物悬浊液加入到反应釜内胆中，用去离子水调节反应釜内胆中的反应物料体积达到反应釜内胆容积的70％，搅拌至少5min，获得前驱体浆料，其中铁和铋的氢氧化物摩尔浓度均为0.02mol/L，氢氧化钾摩尔浓度为4mol/L，摩尔浓度的体积基数为前驱体浆料的总体积；
4)将0.7wt％单晶掺铌钛酸锶基板按照先后顺序在丙酮、乙醇、去离子水、乙醇中各超声10min，随后在60℃下干燥，然后将干燥后的掺铌钛酸锶基板垂直置于离反应釜内胆底部1.5cm的位置；
5)将步骤4)配置有反应物料和基板的反应釜内胆置于反应釜中，密封，在200℃下保存6h进行水热处理，然后让反应釜自然冷却到室温，卸釜后，用去离子水和无水乙醇反复洗涤反应产物，过滤，烘干，制得单晶铁酸铋薄膜。
实施例2
1)按摩尔比1:1计量称取九水合硝酸铁和五水合硝酸铋，溶解于去离子水中，充分搅拌，得到含有铁和铋的金属盐溶液；
2)在搅拌状态下，向步骤1)制得的含有铁和铋的金属盐溶液中加入氢氧化钾水溶液，搅拌2h，得到铁和铋的氢氧化物悬浊液；
3)将步骤2)制得的铁和铋的氢氧化物悬浊液加入到反应釜内胆中，用去离子水调节反应釜内胆中的反应物料体积达到反应釜内胆容积的70％，搅拌至少5min，获得前驱体浆料，其中铁和铋的氢氧化物摩尔浓度均为0.04mol/L，氢氧化钾摩尔浓度为4mol/L，摩尔浓度的体积基数为前驱体浆料的总体积；
4)将0.7wt％单晶掺铌钛酸锶基板按照先后顺序在丙酮、乙醇、去离子水、乙醇中各超声10min，随后在60℃下干燥，然后将干燥后的掺铌钛酸锶基板垂直置于离反应釜内胆底部1.5cm的位置；
5)将步骤4)配置有反应物料和基板的反应釜内胆置于反应釜中，密封，在200℃下保存6h进行水热处理，然后让反应釜自然冷却到室温，卸釜后，用去离子水和无水乙醇反复洗涤反应产物，过滤，烘干，制得单晶铁酸铋薄膜。
实施例3
1)按摩尔比1:1计量称取九水合硝酸铁和五水合硝酸铋，溶解于去离子水中，充分搅拌，得到含有铁和铋的金属盐溶液；
2)在搅拌状态下，向步骤1)制得的含有铁和铋的金属盐溶液中加入氢氧化钾水溶液，搅拌2h，得到铁和铋的氢氧化物悬浊液；
3)将步骤2)制得的铁和铋的氢氧化物悬浊液加入到反应釜内胆中，用去离子水调节反应釜内胆中的反应物料体积达到反应釜内胆容积的70％，搅拌至少5min，获得前驱体浆料，其中铁和铋的氢氧化物摩尔浓度均为0.02mol/L，氢氧化钾摩尔浓度为4mol/L，摩尔浓度的体积基数为前驱体浆料的总体积；
4)将0.5wt％单晶掺铌钛酸锶基板按照先后顺序在丙酮、乙醇、去离子水、乙醇中各超声10min，随后在60℃下干燥，然后将干燥后的掺铌钛酸锶基板垂直置于离反应釜内胆底部1.5cm的位置；
5)将步骤4)配置有反应物料和基板的反应釜内胆置于反应釜中，密封，在200℃下保存6h进行水热处理，然后让反应釜自然冷却到室温，卸釜后，用去离子水和无水乙醇反复洗涤反应产物，过滤，烘干，制得单晶铁酸铋薄膜。
从图3可以看出，铁酸铋生长在取向(001)的掺铌钛酸锶基板上，并且具有平整的表面，形成了高质量的铁酸铋/钛酸锶异质结，单晶铁酸铋薄膜的厚度为109nm。

Claims (5)

1.一种单晶铁酸铋薄膜的制备方法，其特征在于，所述单晶铁酸铋薄膜具有平整的表面，所述制备方法包括以下步骤：
1)按摩尔比1:1计量称取九水合硝酸铁和五水合硝酸铋，溶解于去离子水中，充分搅拌，得到含有铁和铋的金属盐溶液；
2)在搅拌状态下，向步骤1)制得的含有铁和铋的金属盐溶液中加入氢氧化钾水溶液，搅拌2～3h，得到铁和铋的氢氧化物悬浊液；
3)将步骤2)制得的铁和铋的氢氧化物悬浊液加入到反应釜内胆中，用去离子水调节反应釜内胆中的反应物料体积达到反应釜内胆容积的70％，搅拌至少5min，获得前驱体浆料，其中铁和铋的氢氧化物摩尔浓度均为0.01～0.04mol/L，氢氧化钾摩尔浓度为4mol/L，摩尔浓度的体积基数为前驱体浆料的总体积；
4)将单晶掺铌钛酸锶基板按照先后顺序在丙酮、乙醇、去离子水、乙醇中各超声至少10min，随后在60℃下干燥，然后将干燥后的掺铌钛酸锶基板垂直置于离反应釜内胆底部1～2cm的位置；所述的单晶掺铌钛酸锶基板的掺Nb浓度为0.7～1.0wt％；
5)将步骤4)配置有反应物料和基板的反应釜内胆置于反应釜中，密封，在140～200℃下保存2～12h进行水热处理，然后让反应釜自然冷却到室温，卸釜后，用去离子水和无水乙醇反复洗涤反应产物，过滤，烘干，制得单晶铁酸铋薄膜。
2.根据权利要求1所述的单晶铁酸铋薄膜的制备方法，其特征在于，所述的反应釜为聚四氟乙烯内胆，不锈钢套件密闭的反应釜，基板置于聚四氟乙烯架子上。
3.根据权利要求1所述的单晶铁酸铋薄膜的制备方法，其特征在于，所述的九水合硝酸铁、五水合硝酸铋和氢氧化钾的纯度都不低于化学纯。
4.根据权利要求1所述的单晶铁酸铋薄膜的制备方法，其特征在于，所述的掺铌钛酸锶基板为单抛或双抛正方形单晶基片，取向为(001)。
5.根据权利要求1所述的单晶铁酸铋薄膜的制备方法，其特征在于，所得到的铁酸铋薄膜的厚度为4～300nm。
CN201910234414.3A 2019-03-26 2019-03-26 一种单晶铁酸铋薄膜的制备方法 Active CN109825873B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910234414.3A CN109825873B (zh) 2019-03-26 2019-03-26 一种单晶铁酸铋薄膜的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910234414.3A CN109825873B (zh) 2019-03-26 2019-03-26 一种单晶铁酸铋薄膜的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109825873A CN109825873A (zh) 2019-05-31
CN109825873B true CN109825873B (zh) 2023-01-06

Family

ID=66872452

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910234414.3A Active CN109825873B (zh) 2019-03-26 2019-03-26 一种单晶铁酸铋薄膜的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109825873B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110230100B (zh) * 2019-06-26 2021-06-04 浙江大学 一种单晶铌酸钾薄膜的制备方法
CN110240198B (zh) * 2019-06-26 2020-10-23 浙江大学 一种单晶钽酸钾薄膜的制备方法
CN112226808B (zh) * 2020-09-10 2021-12-07 清华大学 铁酸铋纳米单晶阵列及其制备方法和含有其的电子元件
CN112176394A (zh) * 2020-09-30 2021-01-05 浙江大学 一种掺镧铁酸铋单晶薄膜的制备方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102877130B (zh) * 2012-10-24 2015-01-14 浙江大学 一种铁酸铋BiFeO3单晶微米片的制备方法
CN105040090B (zh) * 2015-08-07 2017-07-14 浙江大学 一种核壳结构钛酸铅‑钛酸锶单晶纳米材料的制备方法
CN106637406B (zh) * 2016-12-06 2018-12-25 浙江大学 一种铁酸铋/钛酸铅单晶异质结的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109825873A (zh) 2019-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109825873B (zh) 一种单晶铁酸铋薄膜的制备方法
CN101311369A (zh) 纯相铁酸铋微晶的制备方法
CN105040090A (zh) 一种核壳结构钛酸铅-钛酸锶单晶纳米材料的制备方法
CN113801334A (zh) 一种小尺寸mof-801材料的制备方法
CN110128134B (zh) 一种以掺铌钛酸锶为基底的钛酸铅薄膜的制备方法
CN114260027A (zh) 一种制备金属氧化物@金属有机骨架核壳材料的方法
CN112176394A (zh) 一种掺镧铁酸铋单晶薄膜的制备方法
CN102491428A (zh) 一种微波水热法制备六角BeFe12O19磁性纳米粉体的方法
CN102502762B (zh) 一种微波水热法制备薄片层状堆积结构硫化镧微晶的方法
CN114686986B (zh) 一种SnSe2单晶的制备方法
CN113247956B (zh) 一种基于碳酸盐模板的金属氧化物纳米片制备方法
Teixeira et al. Chemical synthesis and epitaxial growth methods for the preparation of ferroelectric ceramics and thin films
CN106637406B (zh) 一种铁酸铋/钛酸铅单晶异质结的制备方法
CN1251990C (zh) 无铅压电陶瓷Na0.5Bi0.5TiO3纳米线的制备方法
CN109898137A (zh) 一种钽酸钠单晶薄膜的制备方法
CN110230100B (zh) 一种单晶铌酸钾薄膜的制备方法
CN110240198B (zh) 一种单晶钽酸钾薄膜的制备方法
CN111533170A (zh) 一种通过两步水热法制备的圆片状(K，Na)NbO3晶体及方法
CN109825874A (zh) 一种单晶钛酸铅薄膜的制备方法
CN110642289A (zh) 一种低温合成四方相钛酸钡纳米粉体的方法
CN104674350A (zh) 一种多铁性甲酸盐类LiCo(COOH)3单晶材料及其制备方法
CN113235165B (zh) 一种Fe1-xTMxS单晶材料的制备方法
Zhu et al. Coprecipitation-assisted hydrothermal synthesis of PLZT hollow nanospheres
CN109616256B (zh) 一种制备(Li,Fe)OHFeSe超导材料的方法
CN112551575B (zh) 一种Bi12O17Cl2纳米粉体的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant