[发明专利]一种具有网状结构的钨铋酸薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有网状结构的Bi₂WO₆薄膜，该Bi₂WO₆薄膜包括多个纵向纳米线和多个横向纳米线，纵向纳米线和所述横向纳米线相互交错、相互层叠，从而形成网状结构。本发明还公开了一种上述Bi₂WO₆薄膜的制备方法，该制备方法操作简单，实验周期短。相对于传统意义上二维平面型Bi₂WO₆薄膜来说，本发明的具有网状结构的Bi₂WO₆薄膜表现出新奇物性，有望实现功能材料的提质增效。

技术领域

本发明涉及材料结构及合成技术领域，尤其涉及一种具有网状结构的钨铋酸薄膜、钨铋酸-铁铬酸铋纳米异质结薄膜及其制备方法。

背景技术

铁电氧化物具有自发极化、压电效应、热释电效应、光电效应等特征，能够使多种外场对电性能的控制以及反过来电场对应力、热、光性能的控制成为可能，因此在太阳能电池、光伏存储器、光电探测器、自旋光电子器件等领域里具有潜在的应用前景。

铁电薄膜应用在能源转换器件领域具有两个明显优势：1)材料因其自发极化可形成内建电场，可实现材料内部电子空穴的快速分离；2)材料具有多外场调控功能，可实现器件内光电流的有效调控。特别是禁带宽度较小的铁电薄膜，既能吸光产生电子空穴对，又能利用内建电场促使电荷分离和电荷向材料表面转移，已成为当前材料科学、能源环境、凝聚态物理领域研究的热点。

铋系层状钙钛矿氧化物是一类具有优异光催化性能的铁电材料，其中钨酸铋(Bi₂WO₆)是最简单的一个家族成员,其结构由(Bi₂O₂)²⁺层和(WO₄)^2-钙钛矿层堆垛而成。该种材料具有较窄的禁带宽度和优异的铁电性能，表现出突出的可见光催化分解水和降解有机污染物的高效催化性能，并且通过化学掺杂或者组分变化可以实现禁带宽度的规律性调制。

目前关于Bi₂WO₆材料的研究主要集中在陶瓷和纳米结构领域，而未来为满足其多功能器件实际应用的需求，更需要着重研究这种材料的低维薄膜特性。

功能化的Bi₂WO₆铁电薄膜，通常采用激光脉冲沉积法、化学液相旋涂法、水热合成法、磁控溅射沉积法等手段制备。其制备出的薄膜结构大都是平面型薄膜。

由于Bi₂WO₆层状材料原子结构复杂，常用的化学气相沉积法和磁控溅射沉积法，只能制备多晶薄膜，几乎不可能制备出外延取向单晶薄膜，而脉冲激光沉积法或原子层沉积法能够实现高质量的外延薄膜制备，但通常制备条件苛刻。脉冲激光沉积系统是目前最常用的外延薄膜制备仪器，主要制备的薄膜是高质量的平面薄膜，所形成的Bi₂WO₆材料基异质结也主要为平面型异质结。

尽管这样的薄膜结构是铁电、压电器件所需的理想结构，因为其能够显示出优异性能的铁电、压电性能，也是目前最常见的薄膜形态，但是平面型薄膜也有明显的不足：

1)其薄膜厚度对光电性能影响很大，且薄膜内部会存在大量缺陷，这些缺陷又是载流子的复合中心，进而阻碍内建电场对电子空穴的有效转移；

2)对于Bi₂WO₆基平面型异质结来说，其耦合特性仅存在于两种材料的界面，极大限制了铁电薄膜新奇物性的出现。

发明内容