[发明专利]一种掺钒ZnO厚膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种掺钒ZnO厚膜及其制备方法，包括：S10、制备掺钒ZnO胶体；S20、制备掺钒ZnO纳米粉；S30、将掺钒ZnO胶体和掺钒ZnO纳米粉混合，形成掺钒ZnO混合浆料；S40、将掺钒ZnO混合浆料和掺钒ZnO胶体按预设顺序涂覆在基片上；S50、对涂覆后的基片进行预处理；S60、判断制备的掺钒ZnO厚膜的厚度是否达到所需厚度，若否，则重复步骤S40和S50，直至获得所需厚度的掺钒ZnO厚膜，若是，则执行步骤S70；S70、对掺钒ZnO厚膜进行热处理。本发明提供了一种高性能ZnO厚膜的制备方法，通过掺钒后ZnO厚膜的压电性能得到明显提高；通过纳米粉可有效防止压电薄膜的开裂问题；同时单层成膜厚度大大增加；可实现掺杂元素的均匀、定量掺杂。本发明方法设备简单，成本低，易于实现。

技术领域

本发明涉及制备高性能压电厚膜技术领域，尤其涉及一种掺钒ZnO厚膜及其制备方法。

背景技术

ZnO膜是一种重要的压电薄膜，相对于其它薄膜具有压电系数相对较高、易于图形化等优点，因此，在高频超声探头、MEMS压电传感器、MEMS压电执行器、高频声表面波器件中被广泛应用。

但是ZnO膜的压电系数，仍不能完全满足各种器件应用的要求。掺杂是提高ZnO膜的压电系数的一种重要方法。同时为了满足高频超声探头、MEMS压电传感器、MEMS压电执行器等器件对工作频率、输出能量等的要求，需要制备高性能的压电厚膜。而利用现存方法制备ZnO厚膜存在压电性能低、制备效率低、掺杂成分不均匀、由于热应力ZnO厚膜容易开裂等问题。

因此，急需一种膜成分均匀、成膜效率高、成本低、压电系数高，且能有效防止压电薄膜的开裂的ZnO厚膜制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备掺钒ZnO厚膜及其制备方法。该制备方法用掺钒ZnO纳米颗粒与掺钒的ZnO先驱体胶体充分混合，形成一种稳定的浆料。并设定浆料与胶体在基片涂覆的工艺顺序，并进行后续的热处理，最终形成无裂纹的掺钒ZnO厚膜。通过掺钒后可以提高ZnO厚膜的压电性能；通过纳米粉可以有效释放压电膜的热应力，有效防止压电薄膜的开裂问题；同时单层成膜厚度大大增加，可以明显提高ZnO厚膜的成膜效率。并且可以实现掺杂元素的均匀、定量掺杂。本发明方法设备简单，成本低，污染小易于实现。

为实现发明目的，本发明所采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供了一种掺钒ZnO厚膜的制备方法，所述制备方法包括：

S10、制备掺钒ZnO胶体；

S20、制备掺钒ZnO纳米粉；

S30、将所述掺钒ZnO胶体和所述掺钒ZnO纳米粉混合，形成掺钒ZnO混合浆料；

S40、将所述掺钒ZnO混合浆料和所述掺钒ZnO胶体按预设涂覆顺序涂覆在基片上；

S50、对涂覆后的基片进行预处理；

S60、判断制备的掺钒ZnO厚膜的厚度是否达到所需厚度，若否，则重复步骤S40和S50，直至获得所需厚度的掺钒ZnO厚膜，若是，则执行步骤S70；

S70、对所述掺钒ZnO厚膜进行热处理。

在一个可行的实施方案中，所述制备掺钒ZnO胶体，具体为：

将醋酸锌和聚乙烯醇溶于去离子水，在加热条件下，磁力搅拌回流0.5～2h，直至得到透明溶液；

冷却到室温，按摩尔比：V/(Zn+V)＝0.001～0.7加入偏钒酸铵，继续搅拌待完全溶解后得到溶胶。

优选地，所述加热温度为60～100℃。

在一个可行的实施方案中，所述制备掺钒ZnO胶体，具体为：