[发明专利]一种稀土镍基钙钛矿氧化物多孔膜的制备方法

说明书

一种稀土镍基钙钛矿氧化物多孔膜的制备方法。先预先制备具有亚稳相结构的稀土镍基钙钛矿氧化物微纳米尺度粉体材料；再将该粉体制成浆料，并通过流延、刮涂、旋涂等技术涂敷在衬底材料上；而后通过在共晶烧结点特征温度下的高压高温处理使得粉体共格交联，从而形成具有多孔结构的膜。进一步通过在薄膜与衬底间引入基于Sr₃Al₂O₆、BaO等氧化物的牺牲层，可实现对所制备亚稳相稀土镍基钙钛矿氧化物多孔膜的衬底转移或实现其自支撑结构。所制备亚稳相氧化物薄膜具有良好的温致、氢致金属绝缘体相转变特性；因其多孔结构而具有更高的气敏特性。可应用于备功能电子器件、逻辑器件、传感器、燃料电池、热敏电阻、红外探测敏感材料、气敏电阻材料等。

技术领域

本发明属于无机非金属功能陶瓷、电子材料、强关联半导体材料、薄膜材料领域，具体地涉及一种具有亚稳相结构的稀土镍基钙钛矿氧化物多孔膜的制备方法。

背景技术

稀土镍基氧化物(ReNiO₃,R≠La)是一种典型的强关联材料体系，该体系的主要特点是具有金属绝缘体相变，包括温致相变[1]，压力致相变[2]等特性。通过调节ReNiO₃中A位稀土元素的种类，金属绝缘体相变温度T_MI可以在100K到600K之间进行调控，调控温度范围近500K[1]。不同材料对于压力的响应不同，在压力之下相变温度变化程度不同[2]。对于薄膜材料，还可以通过衬底引入应力，对其相变温度和程度进行调控[3][4]。在合成过程中通过气氛的调节，可以引入氧空位，导致载流子局域化，进而改变材料的输运性质[5]。ReNiO₃的电子掺杂相变，可以通过导入氢或碱金属元素[6-8]，是Ni3d轨道发生重组，同时引发剧烈的金属绝缘体相变。ReNiO₃的电子掺杂相变不仅可以通过氢气进行电子导入，还可以水溶液中与氢离子进行反应，可以测量pH值[9]、生物活性物质[9,10]等，大大拓宽了ReNiO₃器件的探测领域，而碱金属元素的掺杂，拓展了ReNiO₃在离子导体电子绝缘体方面的重要特性，在燃料电池中可以发挥重要作用[11]。

ReNiO₃的光学性质也颇具特点。由于发生金属绝缘体相变时，材料的电子结构发生剧烈变化，使得能带结构发生明显改变，对于光的反射和吸收性质会发生大幅改变，尤其在红外波段，因而可以用于光学调控器件[12,13]。欲以ReNiO₃为核心对红外进行精细的测量，需要制备悬臂梁结构的器件，一个办法就是衬底转移。衬底转移可以借助水溶性牺牲层，对于钙钛矿结构氧化物，目前牺牲层的备选材料包括Sr₃Al₂O₆、SrVO₃、BaO等[14-16]，其他可能的选择还有NaCl、KCl等。衬底转移的过程，首先在原衬底上外延生长牺牲层，再于牺牲层上生长薄膜核心部分。而后借助有机物薄膜进行粘贴与机械制成，将样品浸入水中，原衬底随牺牲层的溶解而脱落，则得到了自支撑薄膜。之后将自支撑薄膜转移至目标衬底，进行后续加工，得到悬臂梁结构的器件。对于器件功能区的ReNiO₃部分，采用浆料涂层法，制备大厚度薄膜。采用陶瓷浆料制备薄膜，可以一次性获得较大厚度的薄膜，同时使器件具有较好的强度[17]，多孔结构可以增大对于红外线的吸收面积。然而，目前尚缺乏一种能够实现亚稳相稀土镍基钙钛矿氧化物多孔膜结构的有效制备方法。

参考文献：

[1]J.Varignon,M.N.Grisolia,J.A.Barthélémy,M.Bibes,Completephase diagram of rare-earth nickelates from first-principles,npj QuantumMaterials,2(2017).