液相自組裝法制備鐵酸鉍薄膜的研究_圖文

1、卷第期人工晶體學(xué)報。年月，液相自組裝法制備鐵酸鉍薄膜的研究談國強，宋亞玉，苗鴻雁，博海洋，夏傲（陜西科技大學(xué)教育部輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)重點實驗室，西安）摘要：采用液相自組裝法成功制備出鐵酸鉍（，）薄膜，并采用、和等測試方法對，薄膜進行了表征。研究了功能化的自組裝單分子層（）表面對，薄膜成核和生長的影響，以及沉積溫度對鐵酸鉍薄膜的形成和微觀形貌的影響。結(jié)果表明：功能化的表面上薄膜與基底結(jié)合牢固，結(jié)構(gòu)致密均一；沉積溫度在之間，薄膜表面比較平整均一，當(dāng)沉積溫度高于，薄膜表面出現(xiàn)多晶聚集體現(xiàn)象。關(guān)鍵詞：自組裝單分子層；自組裝；鐵酸鉍薄膜中圖分類號：文獻標(biāo)識碼：文章編號：（），一了，（，?！浚ǜ?，）（，

2、）：（），（）：；引言鐵磁電材料是一種因為電磁有序而導(dǎo)致鐵電性和磁性共存并且具有磁電耦合性質(zhì)的材料。鐵電性和磁性的共存使得這種材料可由電場誘導(dǎo)產(chǎn)生磁化，同時磁場日也可以誘發(fā)鐵電極化，此性質(zhì)被稱為磁電效應(yīng)（）。，具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，是一種典型的鐵磁電材料。目前用于制備，薄膜的方法很多，如脈沖激光沉積法【、磁控濺射法、溶膠一凝膠法等。這些制備工藝通常設(shè)備較為復(fù)雜，需要嚴(yán)格的真空環(huán)境和工藝制度，成本昂貴或是需要高溫煅燒工藝處理，制備過程會造成污染，都不能實現(xiàn)工藝簡單，節(jié)約能源及環(huán)境友好的目標(biāo)。近些年來，自組裝成為制備有序超薄收稿日期：；修訂日期：基金項目：國家自然科學(xué)基金（，）；國家科技支撐計劃項目（）

3、作者簡介：談國強（），男，陜西省人，碩士。：通訊作者：苗鴻雁，教授。：人工晶體學(xué)報第卷膜研究的熱點”。這是因為自組裝技術(shù)將活性分子通過化學(xué)鍵吸附在異相界面上，從而使制備的自組裝膜（，）具有一定的化學(xué)穩(wěn)定性和熱力學(xué)穩(wěn)定性。本文利用液相沉積與自組裝技術(shù)相結(jié)合來制備，薄膜，獲得了比較致密、均勻且與基片結(jié)合牢固的，薄膜。實驗的制備及功能化本實驗采用玻璃作為基板，依次置于洗滌劑、丙酮、乙醇中超聲波震蕩清洗。用氮氣吹干，在紫外下照射，使基片表面達到“原子清潔度”。然后迅速浸入新配制的的（十八烷基三氯硅烷）一甲苯溶液中，浸泡后將基片用丙酮在超聲波下清洗，用氮氣吹干，置于下保溫去掉殘留雜質(zhì)。最后將用處理后的玻

4、璃基片在紫外光下照射，使基體表面呈良好的親水性。，薄膜的沉積將（，）：和（，）：以：的比例溶于稀醋酸中，攪拌至完全溶解，形成透明溶液，保持溶液濃度為，將檸檬酸按（金屬離子與檸檬酸分子物質(zhì)的量比為：）加入前一步配制的溶液中，攪拌均勻得到穩(wěn)定的前驅(qū)體溶液。將功能化基片豎直置于已配制好的前驅(qū)液中，沉積后，取出基片，用去離子水沖洗干凈。沉積好的基片置于熱處理爐中以速率升溫，在下保溫。分析測試采用日本理學(xué)自動射線衍射儀進行物相鑒定，測量時，選用靶的射線，管電壓和電流分別為和，掃描步長為。，掃描范圍。一。采用日本公司的型掃描電子顯微鏡（，）對試樣進行表面形貌的觀察。采用美國公司的型振動樣品磁強計（）來測量

5、試樣的磁滯回線，分析試樣的室溫鐵磁性。結(jié)果與討論 表面功能化（）對薄膜的影響圖為空白基片和經(jīng)過表面功能化（）的基片上沉積，并在下鍛燒所制備，薄膜的譜圖。從圖中可以看出，未功能化處理的薄膜樣品圖譜中，特征峰比較微弱（圖），晶體結(jié)構(gòu)發(fā)育不完善。經(jīng)過表面功能化（）處理樣品的衍射譜中的，衍射峰與卡片中的衍射峰對比一致（圖），晶面衍射峰明顯增強，且無明顯雜質(zhì)峰出現(xiàn)。（。）圖普通玻璃基片（）和功能化基片（）經(jīng)沉積所制備的薄膜的圖譜曲（）（）圖普通玻璃基片（）和功能化基片（）經(jīng)沉積所制備薄膜的照片（）；（）所制備薄膜的照片如圖所示。從圖中可以看出，功能化基片表面上薄膜的沉積效果明顯優(yōu)于普第期談國強等：液相自

6、組裝法制備鐵酸鉍薄膜的研究通玻璃基片表面沉積的膜層，其顆粒大小、粒徑分布都非常均勻，表面平整而致密。普通玻璃基片表面沉積的膜層只在基板表面局部地方有覆蓋，膜表面也不致密，有大量裂紋。而文獻指出功能化的對于無機粒子在其表面沉積能起到明顯的誘導(dǎo)作用，能夠誘導(dǎo)無機物前驅(qū)體在基底表面均勻地成核和生長，進而形成一層與基底結(jié)合牢固、結(jié)構(gòu)致密的無機膜層。溫度對薄膜沉積的影響利用液相沉積法制備薄膜的沉積溫度一般都在以下。在本實驗中，采用相同的前驅(qū)液，沉積溫度選擇。圖是基片在的前驅(qū)液中，分別在、和的溫度下沉積，下鍛燒所制備薄膜的圖譜。從圖中可以看出，溫度為時（圖），沉積薄膜的晶面衍射峰較弱。當(dāng)沉積溫度為時（圖）

7、，所得薄膜的衍射峰變強，峰形變得尖銳且窄，說明薄膜的結(jié)晶度提高。沉積溫度為的薄膜衍射峰強度最大（圖）。溫度進一步升高到（圖），薄膜的主衍射峰反而變?nèi)?，出現(xiàn)大量鉍和鐵氧化物雜峰。卵）圖不同沉積溫度條件下所制備薄膜的圖譜（）；（）；（）；（） 圖不同沉積溫度下所制備的，薄膜的照片（）；（）；（）；（）圖為在不同溫度下沉積的薄膜的照片。從圖中可以看出，沉積溫度為時，薄膜表面堇致密平整（圖）。圖中的插圖為沉積的薄膜的高分辨率照片。從圖可以看出，薄膜童表面平整光滑，結(jié)構(gòu)致密均一。沉積溫度為的薄磊膜表面比較粗糙，晶體尺寸明顯增大，開始形成多晶聚集體（圖）。時多晶聚集體現(xiàn)象更加明顯，圖及其中的插圖為沉積的薄

8、膜的不同分辨率照片。由圖可以看到，多晶聚集體的大小在左右。當(dāng)溫度進一步升高到，薄。；膜表面會附著大量雜質(zhì)顆粒（圖）。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)圖室溫下，薄膜的磁化曲線圖，）的碰撞理論，低溫下反應(yīng)比較緩慢，絡(luò)合離子與基片表面的一有比較充分的時間接觸和碰撞，并進行脫水聚合反應(yīng)。隨著溫度升高，分子的熱運動加劇，前驅(qū)液的水解反應(yīng)速率加快，溶液中存在大量的絡(luò)合離子，這些絡(luò)合離子之間脫水聚合的幾率增大，基團相互連接產(chǎn)生的聚合鏈覆蓋了基體表面，促進形成薄膜的同時亦生成多晶聚集體。當(dāng)溫度過高時溶液在短時間內(nèi)會產(chǎn)生大量的絡(luò)合物沉淀，也會出現(xiàn)均相成核，導(dǎo)致雜相的產(chǎn)生。人工晶體學(xué)報第卷薄膜的磁性能為研究薄膜的磁性，在室溫下對薄膜

9、的磁性用振動樣品磁強計（）來測量試樣的磁滯回線，圖為下退火的，薄膜在外加磁場下的磁化曲線圖。從圖中可以看出，薄膜在常溫下顯示宏觀順磁性，其磁化率為正值，在低溫下具有弱的磁性。結(jié)論采用液相沉積法在功能化基片的自組裝膜表面（）成功制備了，薄膜，薄膜表面平整，比較致密，且與基片結(jié)合牢固。結(jié)果表明，功能化的表面的膜層與基底結(jié)合力更加牢固，在較低溫度下的鐵酸鉍水溶液中沉積的鐵酸鉍薄膜結(jié)構(gòu)致密均一，與基底表面結(jié)合力強；沉積溫度在一之間，薄膜面比較平整均一，當(dāng)沉積溫度高于，薄膜表面出現(xiàn)多晶聚集體現(xiàn)象。磁性測量表明所制備的，薄膜具有弱的磁性。參考文獻礬，：，柵，：，曲一，（）：李麗，劉保亭，張新，等溶膠凝膠法

10、制備鐵電薄膜的結(jié)構(gòu)及物性研究人工晶體學(xué)報，（）：，（）：（），：腦劬，（）：，。，。：“，。，：“，舢，柵¨，一一“。一¨¨，¨，¨，一¨¨¨，¨¨一¨，。一¨，¨。¨，¨一¨。一，一¨¨。呻¨一¨一一，。帥”一¨“，州¨¨¨“¨（上接第頁）褚君浩窄禁帶半導(dǎo)體物理學(xué)北京：科學(xué)出版社，：，弧，（）：，。舳：¨¨，。洲刪¨

11、一卅一州¨一州¨¨一一岫，¨一岫¨。¨¨，¨一，。吣，¨一卅，¨¨。一¨¨一。帥一¨一一¨¨一州一?！?#168;一一，”帥一岫¨一¨（上接第頁）【，【上，：。，鼴（）：，（）：，（），舳（）：，。（）： 液相自組裝法制備鐵酸鉍薄膜的研究作者：談國強， 宋亞玉， 苗鴻雁， 博海洋， 夏傲， TAN Guo-qiang， SONG Ya-yu， MIAO Hong-yan ， BO Hai-yang， XIA Ao作者

12、單位：陜西科技大學(xué)教育部輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)重點實驗室,西安,710021刊名：人工晶體學(xué)報英文刊名： JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS年，卷(期：2010,39(2參考文獻(7條1. Liu J;Kim A Y;Wang L Q Self-assembly in the Synthesis of Ceramic Materials and Composites外文期刊 1996(02. He Z L;Yu Z W;Miao H Y Preparation of TiO2 Thin Film by the PLD Method on Functionalized OrganicSelf-assembled Monolayers 20093. Gao Y F;Koumoto K Bioinspired Ceramic Thin Film Processing:Present Status and Future Perspectives2005(054. 李麗;劉保亭;張新 溶膠-凝膠法制備BiFeO3鐵電薄膜的結(jié)構(gòu)及物性研究期刊論文-人工晶體學(xué)報 2008(065. Rao B U M;Srinivasan G Effects of High-temperature Annealing on Amorphous