[发明专利]一种彩色Pr(Sr0.1Ca0.9)2Mn2O7薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种彩色Pr(Sr_0.1Ca_0.9)₂Mn₂O₇薄膜的制备方法，属于光学与薄膜材料的制造领域

背景技术

结构生色是指通过光的散射、干涉和衍射作用产生颜色的一种生色途径。自然界中许多生物体表层的嵴、纹、小面和微小颗粒均可以产生反射和散射作用，从而产生特殊的颜色效应。生活中许多物体的颜色是色素生色和结构生色相互结合才能显出的。然而，目前已有结构生色的彩色纤维和薄膜，它是一种不需要化学品、无污染的生色途径，在印刷品、纺织品中有着潜在的应用前景。Pr(Sr_0.1Ca_0.9)₂Mn₂O₇是一种正交结构的双层钙钛矿锰氧化物，由(MnO₂)₂层和绝缘的Pr(Sr，Ca)O岩盐层沿c轴交替堆砌而成。其结构上的各向异性导致该材料具有庞磁电阻、电荷-轨道有序等丰富的物理性质，使该材料成为强关联电子系统的研究热点。薄膜材料制备过程中，所选用的基片不同，对材料产生的应力、表面结合能均有所不同，致使所形成薄膜材料的表面形貌、晶体取向均有所差别。

发明内容

本发明的目的在于提供一种彩色Pr(Sr_0.1Ca_0.9)₂Mn₂O₇薄膜的制备方法。

本发明采取的技术方案如下：一种彩色Pr(Sr_0.1Ca_0.9)₂Mn₂O₇薄膜的制备方法，包括以下步骤：

 (1)采用溶胶-凝胶法制备Pr(Sr_0.1Ca_0.9)₂Mn₂O₇靶材，首先将纯度为99.9%的Pr₆O₁₁、CaCO₃、SrCO₃和Mn(NO₃)₂按摩尔比0.17：0.2：1.8：2称量后加入去离子水中，滴加HNO₃使其完全溶解，随后加入适量的络合剂柠檬酸和乙二醇，进行充分搅拌，完全溶解后，放入水浴箱中，在80℃下水浴12小时；

 (2)将水浴后的凝胶放入干燥箱中，依次在100℃、200℃下分别干燥12、24小时，经研磨后在箱式炉中500℃下烧结5小时，再次研磨后，在 900℃下烧结10小时，再次研磨、压制成片，在1400℃下煅烧10-58小时，制得Pr(Sr_0.1Ca_0.9)₂Mn₂O₇靶材；

   (3)选用市场销售的Pt(111)/Ti/SiO₂/Si(100)基片，依次放到丙酮、无水乙醇、去离子水中进行超声波清洗，晾干后装入脉冲激光沉积系统(PLD-450a型)的真空腔内；

 (4)打开真空系统，当真空度低于5Pa后，打开高真空系统，最终真空度达到10^-4Pa；随后将基片温度升至750℃，调节氧压至20Pa；

 (5)将靶的自转速度调整到2.5转/分钟，打开电离开关，调节电压为0.1kv，调节基片和靶的距离为5cm，设置激光器频率为1Hz，电压为20kv(能量约为300mJ)，打开激光器，开始沉积薄膜，每连续沉积300次，间隔5分钟，再进行下一次脉冲激光沉积，脉冲沉积总次数300-9000次；最后原位退火10分钟，关闭激光器、电离和靶自转，使基片温度在原气氛下降到室温，得到彩色的Pr(Sr_0.1Ca_0.9)₂Mn₂O₇薄膜；

分别采用X射线衍射仪、扫描探针显微镜和扫描电镜对制备薄膜的结构、形貌和厚度进行了表征，发现薄膜的厚度随沉积次数的增加而增加，制备薄膜的晶粒尺寸为20-120nm，厚度为40-280nm；采用紫外-可见分光光度计对制备薄膜的反射光谱进行了测定，制备薄膜对可见光的反射吸收谱范围在460-630nm；通过改变薄膜的厚度，实现了对光波波段为460-630nm范围颜色的调控。