一种具有网状结构的钨铋酸薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术还公开了一种上述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，本发明专利技术的具有网状结构的Bi2WO6薄膜表现出新奇物性，有望实现功能材料的提质增效。材料的提质增效。材料的提质增效。

【技术实现步骤摘要】
一种具有网状结构的钨铋酸薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及材料结构及合成
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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：
[0009]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；
[0010]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。

技术实现思路

[0011]为了克服上述缺陷，本专利技术提供了一种具有网状结构的钨铋酸(Bi2WO6)纳米线薄
膜及其制备方法，并以这种薄膜为基础，原位生长出网状钨铋酸
‑
铁铬酸铋(Bi2WO6‑
Bi2FeCrO6)纳米异质结薄膜。该制备方法具有普适性，操作工艺简单，价格低廉，利于规模化器件工程应用。所制备的钨铋酸薄膜及钨铋酸
‑
铁铬酸铋纳米异质结薄膜表现出突出的光电性能，具有潜在的铁电光伏器件或铁电探测或铁电调控等器件应用前景。
[0012]本专利技术为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0013]本专利技术一方面提供了一种具有网状结构的Bi2WO6薄膜，所述Bi2WO6薄膜包括多个纵向纳米线和多个横向纳米线，所述纵向纳米线和所述横向纳米线形状相同，并相互交错、相互层叠，从而形成所述网状结构。
[0014]本专利技术还提供了一种上述具有网状结构的Bi2WO6薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0015](1)对衬底进行抛光处理和等离子清洗；
[0016](2)采用Bi2WO6陶瓷靶材，通过脉冲激光沉积系统在清洗好的所述衬底上生长所述Bi2WO6薄膜。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述衬底为特定的商业衬底，所述衬底为钛酸锶(SrTiO3)<100>、铝酸镧(LaAlO3)<100>、铝酸锶钽镧[(LaAlO3)
0.3
(Sr2AlTaO6)
0.7
衬底，缩写LSAT)<100>或0.7wt％铌掺杂的钛酸锶(0.7wt％Nb:SrTiO3)<100>。优先选用SrTiO3或0.7wt％Nb:SrTiO3，常见的商业硅片、云母、氧化镁等衬底不适用于本专利技术。
[0018]抛光处理和等离子清洗后的衬底粗糙度小于5埃，清洁度(在超净间工作室中操作)为1000级。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，在所述脉冲激光沉积系统中，激光器为KrF准分子激光器，激光波长248nm，通过设定所述激光器的参数，使得所述靶材表面的激光能量密度为1J/cm2。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，所述制备方法还包括，在生长所述Bi2WO6薄膜前，先设定所述Bi2WO6薄膜的生长条件，即调整所述靶材的表面与所述脉冲激光沉积系统中加热器的表面之间的距离为50mm，并设定所述加热器的温度和所述Bi2WO6薄膜的生长环境的氧压。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，所述加热器的温度设定为为580
‑
650℃，优选600
‑
625℃。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，所述氧压设定为10
‑
20Pa，优选14
‑
16Pa。
[0023]作为本专利技术的进一步改进，所述制备方法还包括，待所述生长条件稳定后，将激光脉冲频率设定为2
‑
10Hz，优选2
‑
3Hz,并设定脉冲激光数量，以改变所述Bi2WO6薄膜的厚度。因为薄膜的厚度由沉积时间决定，而沉积时间由激光脉冲数量和频率决定。
[0024]本专利技术的另一方面提供了一种Bi2WO6‑
Bi2FeCrO6纳米线异质结薄膜，所述Bi2WO6‑
Bi2FeCrO6纳米线异质结薄膜通过脉冲激光沉积系统，以Bi2FeCrO6为靶材，在具有网状结构的Bi2WO6薄膜上生长而成；其中，所述Bi2WO6薄膜包括多个纵向纳米线和多个横向纳米线，所述纵向纳米线和所述横向纳米线形状相同，并相互交错、相互层叠，从而形成所述网状结构。
[0025]本专利技术还提供了上述Bi2WO6‑
Bi2FeCrO6纳米线异质结薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0026]步骤一、具有网状结构的Bi2WO6薄膜的制备：
[0027]对衬底进行抛光处理和等离子清洗，采用Bi2WO6陶瓷靶材，通过脉冲激光沉积系统在清洗好的所述衬底上生长所述Bi2WO6薄膜。
[0028]步骤二、Bi2WO6‑
Bi2FeCrO6纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有网状结构的Bi2WO6薄膜，其特征在于，所述Bi2WO6薄膜包括多个纵向纳米线和多个横向纳米线,所述纵向纳米线和所述横向纳米线形状相同，并相互交错、相互层叠，从而形成所述网状结构。2.一种根据权利要求1所述的具有网状结构的Bi2WO6薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)对衬底进行抛光处理和等离子清洗；(2)采用Bi2WO6陶瓷靶材，通过脉冲激光沉积系统在清洗好的所述衬底上生长所述Bi2WO6薄膜。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述衬底为SrTiO3、LaAlO3、LSAT或0.7wt％Nb:SrTiO3。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述脉冲激光沉积系统中，激光器为KrF准分子激光器，激光波长248nm，通过设定所述激光器的参数，使得所述靶材表面的激光能量密度为1J/cm2。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括，在生长所述Bi2WO...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙书杰，薛颖珊，杨东晓，裴卓远，申俊雅，孙晓甜，殷小丰，房良，夏燕杰，田永尚，
申请(专利权)人：信阳师范学院，
类型：发明
国别省市：