一种沿[400]晶向取向生长的PbPdO2材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种晶向可控的PbPdO2材料及其制备方法：所述PbPdO2材料，其最强衍射峰对应的晶粒生长方向为[400]晶向。所述的制备方法，包括：称量含有Fe、含有Pb和含有Pd的化合物；将含有Fe、含有Pb的化合物与混合溶剂、络合剂混合，获得含有Fe和Pb的混合液；将含有Pd的化合物与强酸混合，获得含有强酸的混合液；将混合液混合，获得溶胶；将溶胶涂覆在基板上烘干和预烧，获得预烧薄膜；将预烧薄膜进行煅烧，获得的产物。有益效果：本发明专利技术在不依赖于高匹配度晶格常数基板的情况下，成功实现了诱导PbPdO2材料沿[400]晶向做择优取向生长，并形成纳米颗粒膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到零禁带半导体的
，尤其是涉及到PbPdO2半导体材料，为一种诱导PbPdO2材料沿[400]晶向择优取向生长的技术，具体为一种沿[400]晶向取向生长的PbPdO2材料及其制备方法。
技术介绍
近十多年来，PbPdO2作为一种层状过渡金属氧化物材料，由于其独特的结构和性质，研究人员对其进行了广泛的研究。T.C.Ozawa等人首先采用固相反应法合成了单相PbPdO2及Cu掺杂PbPdO2材料，提出了PbPdO2的晶体结构为体心正交结构，并研究了其热电性能，认为其存在一个金属-绝缘转变温度(TMI)。2008年，澳大利亚Wollongong大学的X.L.Wang理论计算发现PbPdO2材料具有零禁带能带结构，通过掺杂25at.％的Co元素可以在PbPdO2材料中实现自旋零禁带能带结构。这一发现使得研究者们陆续开展PbPdO2材料的制备及其性能研究。2009年，X.L.Wang等人采用脉冲激光沉积法制备出掺杂25at.％Co元素的PbPdO2薄膜，X射线衍射分析表明该薄膜主要沿着常规的[211]晶向生长，发现该材料具有电致电阻效应和巨磁电阻效应，但并未发现沿着[400]晶向或其它晶向取向生长的薄膜。这是因为对于各向同性的多晶PbPdO2材料来说，[211]晶向的衍射峰最强，强度远高于[400]晶向及其它晶向的衍射峰。2010-2016年，国际上多个研究小组对PbPdO2进行Co、Mn、Cu、Zn等多种过渡金属元素的掺杂研究，采用固相反应、脉冲激光沉积等方法制备了大晶粒尺寸PbPdO2材料，发现这些材料具有低温铁磁性和巨磁电阻效应，未见其所采用的方法出现沿着[400]晶向或其它晶向取向生长的的报道，也未见通过改变掺杂离子的浓度来调控晶体沿着某特定晶向取向生长的报道。溶胶凝胶法是一种成本低廉、设备简单的纳米材料制备工艺。用溶胶-凝胶技术制备取向材料早有报道，但通常都是采用具有特定晶面指数的基板，利用基板特定晶面的晶格常数与目标材料特定晶向的晶格常数具有高匹配度来实现诱导材料的取向生长。2004年，清华大学的W.Gong等人采用溶胶-凝胶法在单晶Nb掺杂SrTiO3基板上制备出多种依赖基板晶面指数的单晶Nb掺杂Pb(Zr,Ti)O3薄膜。随后，该研究组H.Wen等人于2007年，采用同样的技术，制备出了具有取向性生长的BiScO3-PbTiO3薄膜，并发现取向性薄膜具有一些优越的性能。本专利技术专利申请人同样采用固相反应法及溶胶凝胶旋转涂覆工艺先后制备了PbxPdO2块体材料及无掺杂和Co掺杂的PbPdO2纳米颗粒膜(国家专利技术专利号：ZL201210253693.6、国家专利技术专利号：ZL201310055113.7、国家专利技术专利申请号：201510982925.5)，发现这些PbPdO2材料具有高温铁磁性，所制备的薄膜在常规的晶面基板上也均主要沿着[211]晶向取向生长，并未发现薄膜具有沿着[400]晶向取向生长的特性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对PbPdO2零禁带半导体材料的现状，提供了一种沿[400]晶向取向生长的PbPdO2材料及其制备方法，尤其是通过掺杂Fe元素和提高胶体浓度来诱导PbPdO2材料在不同基板上沿[400]晶向取向生长成纳米颗粒膜。本专利技术具体如下：一种沿[400]晶向取向生长的PbPdO2材料，Pb为铅，Pd为钯，O为氧，其最强衍射峰对应的晶粒生长方向为[400]晶向。需要指出的是，[400]晶向对应的是PbPdO2多晶材料的弱衍射峰，PbPdO2多晶材料的最强衍射峰是[211]晶向。在自然界及目前的常规合成中，所制得的PbPdO2多晶材料最强衍射峰对应的晶粒生长方向也均为[211]晶向。本专利技术的突出特点之一就是促进PbPdO2材料的晶粒沿[400]晶向取向生长，抑制生长方向为[211]晶向的晶粒，使PbPdO2材料的最强衍射峰为[400]晶向。进一步说，所述PbPdO2材料为掺杂Fe元素的薄膜材料，Fe为铁；优选的方案是，Fe元素的价态为3+；且当Fe的掺杂比例在5at.％～25at.％时，PbPdO2材料最强衍射峰对应的晶粒生长方向为[400]晶向；更进一步说，当Fe的掺杂比例由5at.％上升至25at.％，PbPdO2材料沿[400]晶向择优生长的取向度增加。进一步说，本专利技术是采用Fe元素浓度比例来控制PbPdO2材料沿[400]晶向择优生长的取向度，为首次提出，尚无文献报道。一种晶向可控的PbPdO2材料的制备方法，按如下步骤进行：称量含有Fe的化合物、含有Pb的化合物和含有Pd的化合物；将含有Fe的化合物、含有Pb的化合物与混合溶剂、络合剂混合，获得含有Fe和Pb的混合液；将含有Pd的化合物与强酸混合，获得含有强酸的混合液；将含有Fe和Pb的混合液与含有强酸的混合液混合，获得溶胶；将溶胶涂覆在基板上烘干和预烧，获得预烧薄膜；将预烧薄膜进行煅烧，获得的产物即为最强衍射峰对应的晶粒沿[400]晶向取向生长的Fe:PbPdO2材料薄膜。进一步说，基板是晶面指数为或(0001)的单晶蓝宝石。通常而言，沿某一晶向生长的晶体，需要采用特定晶面的晶格常数与该晶体晶向的晶格常数具有高匹配度的基板。所述具有特定晶面指数的基板，是指利用基板具有高匹配度来实现诱导材料的取向生长。但在本专利技术中，PbPdO2材料的择优生长方向为[400]晶向，但采用的基板是晶面指数为或(0001)的单晶蓝宝石，目标材料[400]晶向的晶格常数与基板不同晶面的晶格常数均不匹配。即在本专利技术中，薄膜(晶体)的取向生长与基板的晶面指数无关系，是对常规合成方法的突破与创新。进一步说，所述取向薄膜的Fe、Pb、Pd三种元素的初始溶胶浓度分别为0.00481-0.02444mol/L、0.41296mol/L、0.07370-0.09333mol/L，同时煅烧温度介于700℃到750℃之间，较高的溶胶浓度与较高的煅烧温度相配合，避免了PbPdO2材料的大量分解，同时有助于薄膜在高温下的取向生长。与已有技术相比，本专利技术有益效果体现在：本专利技术采用溶胶凝胶旋转涂覆法，通过选择Fe作为掺杂元素和提高胶体浓度，成功诱导PbPdO2薄膜沿[400]晶向取向生长。这是首次制备出具有[400]方向取向性的PbPdO2材料。相比于各向同性的纳米颗粒膜，取向生长的PbPdO2薄膜可为以后材料物理性能的调控提供技术选择。需要特别强调的是，相比于PbPdO2材料的其它现有制备技术，本专利技术选择了通常情况下PbPdO2材料大量分解的700℃-750℃作为煅烧温度区间，通过高温处理来促进晶粒的取向生长，同时通过提高胶体浓度来补充该温区内大量挥发的Pb从而有效限制了PbPdO2的分解，使得PbPdO2基本不分解或者仅微量分解，取得了较好的效果。此外，本专利技术选择Fe作为掺杂元素，同时逐渐提高掺杂比例，发现这些措施也明显有助于PbPdO2材料沿[400]晶向的取向生长。这些实验设计思路为掺杂其它元素制备取向PbPdO2材料提供了可参考的技术路线。通常认为实现诱导材料的取向生长需要利用基板特定晶面的晶格常数与目标材料特定晶向的晶格常数具有高匹配度，但本专利技术制备的PbPdO2薄膜在通常的单晶蓝宝石晶面及(0001)晶面的基板上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沿[400]晶向取向生长的PbPdO2材料，其特征在于，该PbPdO2材料最强衍射峰对应的晶粒生长方向为[400]晶向。

【技术特征摘要】
1.一种沿[400]晶向取向生长的PbPdO2材料，其特征在于，该PbPdO2材料最强衍射峰对应的晶粒生长方向为[400]晶向。2.根据权利要求1所述的一种沿[400]晶向取向生长的PbPdO2材料，其特征在于，所述PbPdO2材料为掺杂Fe元素的薄膜材料；且当Fe的掺杂比例在5at.％～25at.％时，PbPdO2材料最强衍射峰对应的晶粒生长方向为[400]晶向；更进一步说，当随Fe的掺杂比例由5at.％上升至25at.％，PbPdO2材料沿[400]晶向择优生长的取向度线性增加。3.根据权利要求2所述的一种沿[400]晶向取向生长的PbPdO2材料，其特征在于，在掺杂Fe元素的PbPdO2薄膜材料中，Pb元素、Pd元素、Fe元素三者间的原子比为4.21:(0.75-0.95):(0.05-0.25)。4.根据权利要求1所述的一种沿[400]晶向取向生长的PbPdO2材料，其特征在于，PbPdO2材料的纳米尺度的形貌为片状颗粒和柱状颗粒。5.权利要求1至4所述的一种沿[400]晶向取向生长的PbPdO2材料的制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：称量含有Fe的化合物、含有Pb的化合物和含有Pd的化合物；将含有Fe的化合物、含有Pb的化合物与混合溶剂、络合剂混合，获得含有Fe和Pb的混合液；将含有Pd的化合物与强酸混合，获得含有强酸的混合液；将含有Fe和Pb的混合液与含有强酸的混合液混合，获得溶胶；将溶胶涂覆在基板上烘干和预烧，获得预烧薄膜；将预烧薄膜进行煅烧，获得的产物即为最强衍射峰对应的晶粒沿[400]晶向取向生长的Fe:PbPdO2材料薄膜。6.根据权利要求5所述的一种沿[400]晶向取向生长的PbPdO2材料的制备方法，其特征在于，基板是晶面指数为或(0001)的单晶蓝宝石。7.根据权利要求5所述的一种沿[400]晶向取向生长的PbPdO2材料的制备方法，其特征在于，煅烧的温度介于700℃到750℃之间。8.根据权利要求5所述的一种沿[400]晶向取向生长的PbPdO2材料的制备方法，其特征在于，含有Fe...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏海林，刘俊，梅超，吴玉程，黄荣俊，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34