一种具有室温大电卡效应的复合薄膜材料及其制备方法技术

一种具有室温大电卡效应的复合薄膜材料及其制备方法，它为了解决目前电卡制冷温变较小，使用温度较高难以实用化的问题。制备方法：一、PbZrO3前驱体溶质称量及配置；二、PbZrO3薄膜旋涂；三、PbZrO3薄膜预烧；四、PbZrO3薄膜晶化处理；五、(CaMnO3)

【技术实现步骤摘要】
一种具有室温大电卡效应的复合薄膜材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于无机非金属材料领域，具体涉及到一种具有室温大电卡效应的复合薄膜材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着现代社会的飞速发展，人类赖以生存的环境却在遭受严重破坏，传统的氟利昂制冷方式会破坏臭氧层，带来环境问题和人类健康的双重威胁。但是制冷又影响着社会生产及生活的方方面面，是人类发展务必要解决的问题。当前迅猛发展的集成电路等微电子领域的散热也是制冷领域迫在眉睫的问题。因此，新型的固态制冷方式是当前研究的一个重要方向，基于铁电薄膜电卡效应而实现的铁电制冷是一种新型固态制冷方式，这对解决集成电路中微电子器件的散热问题具有重要意义。PbZrO3薄膜具有很好的电卡制冷效应，但其制冷能力同样受制于其较低的击穿场强。因此寻找一种合适的方法提高PbZrO3薄膜的击穿场强对储能及制冷领域都有极大的指导意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术是为了解决目前电卡制冷温变较小，使用温度较高难以实用化的问题，而提供一种具有室温大电卡效应的复合薄膜材料及其制备方法。
[0004]本专利技术具有室温大电卡效应的复合薄膜材料是在PbZrO3薄膜上复合(叠加)(CaMnO3)
n
CaO薄膜。
[0005]本专利技术通过在PbZrO3薄膜上叠加(CaMnO3)
n
CaO薄膜以分离自由电子的方法来提高耐压性，进而提高复合薄膜电卡效应，化学式中n的优化取值为1～10，n为正整数。
[0006]本专利技术具有室温大电卡效应的复合薄膜材料的制备方法按照以下步骤实现：
[0007]一、PbZrO3前驱体溶质称量及配置：
[0008]将铅源置于乙酸及乙二醇甲醚的混合溶液中，搅拌均匀，加热直至溶质溶解，然后降至室温加入锆源，搅拌均匀，得到PbZrO3前驱体；
[0009]二、PbZrO3薄膜旋涂：
[0010]在衬底上旋涂PbZrO3前驱体，得到湿膜；
[0011]三、PbZrO3薄膜预烧：
[0012]将步骤二得到的湿膜放置在平板炉上进行预烧处理，得到预烧后的凝胶膜；
[0013]四、PbZrO3薄膜晶化处理：
[0014]将预烧后的凝胶膜放入退火炉中进行晶化处理，得到带有PbZrO3的衬底；
[0015]五、(CaMnO3)
n
CaO前驱体溶质称量及配置：
[0016]将钙源置于混酸溶液中，搅拌溶解后，再加入锰源继续搅拌，然后加入甲酰胺调节体系的pH为1～5，加入柠檬酸搅拌反应，得到(CaMnO3)
n
CaO前驱体；
[0017]六、(CaMnO3)
n
CaO薄膜旋涂：
[0018]在带有PbZrO3的衬底的表面旋涂(CaMnO3)
n
CaO前驱体，得到复合湿膜；
[0019]七、(CaMnO3)
n
CaO薄膜预烧：
[0020]对步骤六得到的复合湿膜进行预烧处理，得到复合凝胶膜；
[0021]八、(CaMnO3)
n
CaO薄膜晶化处理：
[0022]将复合凝胶膜放入退火炉中进行晶化处理，得到具有室温大电卡效应的复合薄膜材料；
[0023]其中步骤五所述的混酸溶液中包括硝酸和乙二醇甲醚。
[0024]本专利技术具有室温大电卡效应的复合薄膜材料的制备方法，首先混合原料分别得到PbZrO3前驱体及(CaMnO3)
n
CaO前驱体；然后在衬底上旋涂PbZrO3前驱体得到相应湿膜，经预烧晶化后得到PbZrO3薄膜；然后在PbZrO3薄膜上旋涂(CaMnO3)
n
CaO前驱体得到相应湿膜，再经预烧晶化后得到PbZrO3/(CaMnO3)
n
CaO复合薄膜，最终得到具有室温大电卡复合薄膜。
[0025]本专利技术具有室温大电卡效应的复合薄膜材料及其制备方法包含如下有益效果：
[0026]1.本专利技术制备的具有室温大电卡效应的复合薄膜具有优异的耐压性，复合薄膜的耐压性可以从660kV/cm提高到2700kV/cm，解决了电卡材料由于无法施加大的电压而影响其电卡效应的瓶颈。
[0027]2.本专利技术制备的具有室温大电卡效应的复合薄膜具有优异的制冷效果，300K时温变可以达到66.5K，在室温下实现了大的制冷效果。
[0028]3.本专利技术采用了简便易操作的溶胶凝胶旋涂法制备复合薄膜，该方法造价低，可重复性强。通过计算化学式中各元素的摩尔质量比并将原料进行混合精确调控各元素占比，从而获得单相的PbZrO3薄膜。并且磁力搅拌方法能使前驱体混合地更加均匀，从而使湿膜更加均匀地旋涂在衬底上，在合适的转速下能够获得平整湿膜。预烧及烧结后的PbZrO3薄膜具有较低的表面粗糙度及单一的物相结构。
[0029]4.本专利技术设备要求简单，设备成本低，所用的设备主要有磁力搅拌器，旋胶机，平板炉和快速退火装置，制备过程中无有害物质排出，对环境无污染；而且工艺周期短，整个制备仅需要1天左右时间，相对于其他制备方法，本专利技术的工艺周期大大缩短。
[0030]5.本专利技术适用于其他钙钛矿氧化物薄膜提高电卡效应，可大规模推广。
附图说明
[0031]图1为实施例一得到的具有室温大电卡效应的复合薄膜的室温电滞回线图，其中电滞回线由内至外施加的外电场强度依次为270kV/cm，540kV/cm，810kV/cm，1100kV/cm，1380kV/cm，1650kV/cm，2000kV/cm，2200kV/cm，2500kV/cm和2700kV/cm；
[0032]图2为实施例一得到的具有室温大电卡效应的复合薄膜绝热温变
‑
温度(ΔT
‑
T)图，沿箭头方向施加的外电场强度依次为138kV/cm，278kV/cm，417kV/cm，556kV/cm，696kV/cm，834kV/cm，974kV/cm，1112kV/cm，1252kV/cm，1391kV/cm，1530kV/cm，1670kV/cm，1809kV/cm，1932kV/cm；
[0033]图3为实施例一得到的具有室温大电卡效应的复合薄膜的断口形貌扫描电镜图(放大倍数25000)。
具体实施方式
[0034]具体实施方式一：本实施方式具有室温大电卡效应的复合薄膜材料的制备方法按
照以下步骤实施：
[0035]一、PbZrO3前驱体溶质称量及配置：
[0036]将铅源置于乙酸及乙二醇甲醚的混合溶液中，搅拌均匀，加热直至溶质溶解，然后降至室温加入锆源，搅拌均匀，得到PbZrO3前驱体；
[0037]二、PbZrO3薄膜旋涂：
[0038]在衬底上旋涂PbZrO3前驱体，得到湿膜；
[0039]三、PbZrO3薄膜预烧：
[0040]将步骤二得到的湿膜放置在平板炉上进行预烧处理，得到预烧后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.具有室温大电卡效应的复合薄膜材料，其特征在于该具有室温大电卡效应的复合薄膜材料是在PbZrO3薄膜上复合(CaMnO3)
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CaO薄膜。2.具有室温大电卡效应的复合薄膜材料的制备方法，其特征在于该制备方法按照以下步骤实现：一、PbZrO3前驱体溶质称量及配置：将铅源置于乙酸及乙二醇甲醚的混合溶液中，搅拌均匀，加热直至溶质溶解，然后降至室温加入锆源，搅拌均匀，得到PbZrO3前驱体；二、PbZrO3薄膜旋涂：在衬底上旋涂PbZrO3前驱体，得到湿膜；三、PbZrO3薄膜预烧：将步骤二得到的湿膜放置在平板炉上进行预烧处理，得到预烧后的凝胶膜；四、PbZrO3薄膜晶化处理：将预烧后的凝胶膜放入退火炉中进行晶化处理，得到带有PbZrO3的衬底；五、(CaMnO3)
n
CaO前驱体溶质称量及配置：将钙源置于混酸溶液中，搅拌溶解后，再加入锰源继续搅拌，然后加入甲酰胺调节体系的pH为1～5，加入柠檬酸搅拌反应，得到(CaMnO3)
n
CaO前驱体；六、(CaMnO3)
n
CaO薄膜旋涂：在带有PbZrO3的衬底的表面旋涂(CaMnO3)
n
CaO前驱体，得到复合湿膜；七、(CaMnO3)
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CaO薄膜预烧：对步骤六得到的复合湿膜进行预烧处理，得到复合凝胶膜；八、(CaMnO3)
n
CaO薄膜晶化处理：将复合凝胶膜放入退火炉中进行晶化处理，得到具有室温大电卡效应的复合薄膜材料；其中步骤五所述的混酸溶液中包括硝酸和乙二醇甲醚。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵瑜，赵文悦，费维栋，彭亚洲，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：