[发明专利]一种掺钐的铁酸铋-钛酸钡陶瓷薄膜及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种用于高电场强度下介电储能的掺钐铁酸铋-钛酸钡陶瓷薄膜，其特征在于，所述陶瓷薄膜的化学成分通式为x(Bi_1-ySm_y)FeO₃-(1-x)(Ba_1-ySm_y)TiO₃，其中，x、y为摩尔分数，且0.2x0.4，0.25y0.5；将Sm等比例同时掺入铁酸铋-钛酸钡固溶体的铋和钡位；所述陶瓷薄膜的厚度为50nm-10μm。

2.如权利要求1 所述的一种用于高电场强度下介电储能的掺钐铁酸铋-钛酸钡陶瓷薄膜的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1）将Bi₂O₃、Fe₂O₃、BaCO₃、TiO₂和Sm₂O₃原料按选定的化学计量比进行混合配料，将所述原料和有机溶剂混合，依次进行球磨、干燥和筛分处理，得到均匀混合的原料粉体；

2）将原料粉体以2-10℃/min升温速率升温至700-900摄氏度，进行预烧处理，预烧保温时间为2-4小时；然后进行研磨，研磨后将粉体与粘合剂混合进行造粒、压片和冷等静压成型处理，得到掺钐的铁酸铋-钛酸钡固溶体陶瓷坯体；

3）将所述陶瓷坯体以2-10℃/min的升温速率升温至1000-1300摄氏度，埋烧保温时间为0.5-3.0小时，得到掺钐的铁酸铋-钛酸钡固溶体陶瓷靶材；

4）将所述陶瓷靶材进行脉冲激光沉积和退火处理，即得到所述的掺钐的铁酸铋-钛酸钡陶瓷薄膜。

3.如权利要求2所述的一种用于高电场强度下介电储能的掺钐铁酸铋-钛酸钡陶瓷薄膜的制备方法，其特征在于，在步骤1）中， Bi₂O₃原料在化学计量比基础上过量1-20%，以弥补制备过程中Bi元素的挥发损失。

4.如权利要求2所述的一种用于高电场强度下介电储能的掺钐铁酸铋-钛酸钡陶瓷薄膜的制备方法，其特征在于，在步骤1）中，所述有机溶剂选自乙醇、丙醇、异丙醇和乙二醇中的至少一种，球磨处理的时间为6-12小时。

5.如权利要求2所述的一种用于高电场强度下介电储能的掺钐铁酸铋-钛酸钡陶瓷薄膜的制备方法，其特征在于， 步骤2）中所述造粒的粒径为20-80目；所述压片处理的压力为4-15MPa；所述冷等静压处理的压力为20-50MPa，保压时间为5-20分钟。

6.如权利要求2所述的一种用于高电场强度下介电储能的掺钐铁酸铋-钛酸钡陶瓷薄膜的制备方法，其特征在于，在步骤4）中，脉冲激光沉积时腔体内本底真空度低于1×10^-3Pa，沉积时基底温度为600-800摄氏度，腔体氧分压为0.5-20Pa，氧气流量为1-20sccm，激光能量为0.5-2.5J/cm²。

7.如权利要求2所述的一种用于高电场强度下介电储能的掺钐铁酸铋-钛酸钡陶瓷薄膜的制备方法，其特征在于，在步骤4）中，所述退火处理的温度为400-600摄氏度、氧分压为200-800mbar，退火处理的时间为15-60分钟。