[发明专利]一种短波紫外光辐照预处理制备铁酸铋功能薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料领域，涉及一种短波紫外光辐照预处理制备铁酸铋功能薄膜的方法。

背景技术

近年来，一种新型的铁磁电材料BiFeO₃，作为少数室温下同时具有铁电性和磁性的单相铁磁电材料之一，引起了人们极大的兴趣。BiFeO₃具有三方扭曲的钙钛矿结构高的居里温度(T_C＝810℃)和尼尔温度(T_N＝380℃)，电磁耦合作用在信息存储、自旋电子器件方面，磁传感器以及电容-电感一体化器件等方面都有着极其重要的应用前景。

目前对于BiFeO₃薄膜的制备方法主要有脉冲激光沉积法、磁控溅射法等。脉冲激光沉积法其优点是可降低基底温度，能保持较好的化学计量比，薄膜质量好(密度高)、附着性能强，适于生长复杂组份的薄膜，需解决主要问题是如何获得大面积均匀薄膜。溅射法可以大面积成膜，且薄膜质量高，但生长速度慢，薄膜的微结构与组成均匀性有持改善。以上这些制备工艺设备较为复杂、需要严格的真空环境和工艺制度、成本昂贵，而且往往含有的少量杂质难以去除而得不到纯相，如Bi₂Fe₄O₉和Bi₂₅FeO₄₀。化学液相沉积方法是一种湿化学方法，它不需要昂贵设备，适于大面积制备薄膜，广泛应用于合成各种功能材料，并且取得了巨大的成功。

自组装单层膜(self-assembled monolayers)技术(简称SAMs技术)是仿生合成工艺的核心技术，它是通过表面活性剂的活性头基与基底之间产生化学吸附，在界面上自发形成有序的分子组装层。对于自组装技术制备铁酸铋薄膜，由于SAMs是有机分子在溶液中(或者有机分子蒸汽)自发通过化学键牢固地吸附在固体基底上所形成的超薄有机膜，因此它具有原位自发形成、成键高度有序排列、缺陷少、结合力强等特点。但同时也由于SAMs是有机膜，有机物的去除在制备薄膜的过程中是一个难题。目前对于自组装法制备铁酸铋薄膜，都采用的是高温分解有机物，由于高温下分解有机物时薄膜收缩过大，使得所制备的薄膜会产生裂纹。

本发明以自组装十八烷基三氯硅烷(OTS)单层膜为模板，利用短波紫外光(λ＝184.9nm)照射仪对OTS-SAMs进行表面改性，结合液相沉积法，利用反向吸附技术制备出铁酸铋薄膜，并在薄膜退火前于室温下进行短波紫外光(λ＝184.9nm)处理，使有机物：十八烷基三氯硅烷(OTS)单层膜、冰醋酸、柠檬酸的大分子转化为CH₃-等小分子，然后退火制备晶态铁酸铋薄膜。这不仅对这种新型的液相自组装方法制备铁酸铋薄膜的技术是一种突破性的进展，而且由于短波紫外光(λ＝184.9nm)处理去除有机物是在室温下进行，薄膜收缩很小，使得通过短波紫外光(λ＝184.9nm)处理的采用液相自组装法制备铁酸铋薄膜表面平整致密且没有裂纹，这对研究其介电性和多铁性也有指导意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种短波紫外光辐照预处理制备铁酸铋功能薄膜的方法，利用液相自组装单层膜技术结合退火前的短波紫外光(λ＝184.9nm)处理再进行退火制备出表面平整致密且没有裂纹的铁酸铋功能薄膜。

为实现上述目的，本发明提供了一种短波紫外光辐照预处理制备铁酸铋功能薄膜的方法，以Bi(NO₃)₃·5H₂O、Fe(NO₃)₃·9H₂O为原料，连同冰醋酸一起溶于蒸馏水中，然后加入络合剂柠檬酸，得到前驱液，其中，在前驱液中，铋离子浓度为0.01mol/L，铁离子浓度为0.01～0.045mol/L，冰醋酸的体积分数为2％，柠檬酸浓度为0.02mol/L；以功能化自组装单层膜为模板，在60～90℃下将模板悬浮于前驱液表面反向吸附制备薄膜，接着，将薄膜在室温下干燥后进行紫外光照射或者在300℃退火30min，以去除薄膜表面残留的有机物，最后，在550℃保温退火即可。

作为本发明的优选实施例，所述功能化自组装单层膜的制备方法为：首先将基板洗涤干净，然后在紫外光下照射20min，接着，于OTS-甲苯溶液中浸泡30min即可，其中，OTS-甲苯溶液中，OTS的体积分数为1％，最后，在120℃干燥后再于紫外光下照射40min；

作为本发明的优选实施例，所述模板悬浮于前驱液表面的沉积时间为6～30h；