一种复合分子薄膜材料及其制作方法技术

本发明专利技术描述了一种钙钛类ABO3结构中的反铁磁分子(AFM)材料与钙钛类ABO3结构中的四方相铁电分子(FET)材料复合分子结构下的薄膜工艺制作方法，这种薄膜由AFF粉体或其衍生物和绝缘树脂材料等组成，经过包裹，成膜，预固化，热压，熟化等工艺，在正向，反向电场作用下，发生磁电阻效应。

【技术实现步骤摘要】

本
技术实现思路
涉及电子材料学科领域，描述了一种复合分子材料薄膜结构极其制作方法，这种薄膜可实现在电场作用下，常温下发生庞磁电阻效应。
技术介绍
20世纪50年代人类就已经发现了锰氧基化合物的庞磁电阻(colossal magnetoresistance, CMR)效应。继1989年发现磁性多层膜电阻(giant magnetoresistance, GMR)效应后，1993年，室温下在钙钛类ABO3结构衍生物 LaBaMnO3 (LBMO)也发现了 CMR 效应。由于锰氧基反铁磁(antiferromagnetism，AFM)化合物体系中得到CMR效应，常常需要在很低的温度下，加以很强的外部磁场，以及对外电场作用不敏感等特征，限制了 CMR应用。CMR的磁电阻效应(磁电阻变化率在106%以上)比GMR大的多，相关研究力图从两个方面寻求应用突破，1、努力找到更多的室温下AFM结构的应用材料；2、寻找其他方法， 如用电和光场间接控制AFM。本专利技术中技术方法是针对钙钛类反铁磁材料(FAM)和钙钛类四方相铁电材料(Ferroelectrics tetragonal, FET)组合的复合结构材料(Antiferromagnetism & Ferroelectrics,简称AFM-FET，或AFF)与低介电常数的可塑性绝缘材料组合的一种薄膜制作方法。该薄膜结构可以在外电场有效控制下，通过FET的位移，对AFM进行强制畸变， 产生CMR效应。有关AFF结构和部分机理已在其他专利申请中有所阐述。本专利技术专利中的技术方法是采用一种溶胶-凝胶方法，在已经制作完成的AFF粉体或它的衍生体的颗粒表面包裹一层有机的可热塑固化的树脂，形成树脂包裹的AFF粉体或它的衍生体的颗粒。当这种颗粒与流动助剂混合涂布后，在热压下处理下，导致包裹在 AFF粉体或它的衍生体外层的树脂变形挤压，进一步排除颗粒间孔隙气体，实现AFF薄膜更大程度致密化。美国Richard D Wier等在其(US7033406)专利中，强调在制备掺杂钛酸钡材料薄膜过程中，描述了使用掺杂钛酸钡粉体，微晶玻璃或聚脂(PET)粉体等材料，与甘油_乙二醇流动助剂配制的混合浆料，经过涂布成为薄膜，然后在烘箱固化和热等静压处理的工艺方法。该方法的不足在于，UPET固化后耐高温老化性不好；2、PET塑料粉体预制需要在很低温度下，利用PET物理性能变脆对其进行喷射撞击加以进一步粉碎，得到的PET粉体处理工艺过程复杂，处理设备昂贵；3、烘箱固化温度高；4、需要苛刻的热等静压高压技术条件寸。对于AFF结构，如BaTi03/NdMn03(或BaNdTiMnO6)薄膜，本专利技术优势在于1、固化后的填充树脂使用热老化性能很好的聚酰压胺(PI)极其衍生材料；2、采用预先包裹PI的方法处理，不需采用低温粉碎方法进行处理，操作简单，成本低；3、烘箱固化温度低；4、采用较低的热等静压技术；5、薄膜层内，被包裹的内核陶瓷粉体，是一种具有AFF特殊结构的粉体，不是其他专利中所描述的掺杂粉体；6、对制作出的AFF薄膜等效的“开”和“关”状态有具体的等效电阻变化的物理要求。
技术实现思路
本专利技术描述了一种钙钛类ABO3结构中的反铁磁分子(AFM)材料与钙钛类ABO3结构中的四方相铁电分子(FET)材料复合分子结构下的薄膜工艺制作方法，这种薄膜由AFF 粉体或其衍生物和绝缘树脂材料等组成，经过包裹，成膜，预固化，热压，熟化等工艺，在正向，反向电场作用下，发生磁电阻效应。这种AFF薄膜的结构特征在于这种薄膜中的AFF粉体或其衍生物，其中至少包括BaTi03/NdMn03 (或BaNdTiMnO6) 或其衍生物复合的AFF结构；其中，组成AFF粉体或其衍生物化学结构的元素，A位元素至少包括以下元素的两种:Na, K, Mg, Ca, Sr, Ba, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu 等；其中，组成AFF粉体或其衍生物化学结构的元素，B位元素至少包括以下元素的两种Ti，V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni，Cu 等；其中，这种BaTi03/NdMn03(或BaNdTiMnO6)或其衍生陶瓷结构，其中至少包括 AI3O2，SiO2, TiO2等组成的玻璃相结构，其含量为AFF结构元素含量的0. 1-8% (摩尔分数)；其中，这种薄膜中的绝缘树脂材料，至少包括聚酰压胺(PI)极其衍生材料；其中，这种薄膜固化后的厚度在1-10μπι;其中，这种薄膜AFF粉体或其衍生物与绝缘材料的固含量比例为1 99 99 1 ；其中，这种薄膜层的上(或内)表面与一层导电电极，下(或外)表面与另一层导电电极可以组成基于AFF薄膜的基本应用系统；这种薄膜的物理特征在于在电场正向和反向作用下，发生磁电阻开关效应，等效从“开”到“关”，或从“关” 到“开”状态； 其中，在“开”状态下，薄膜基态等效的电阻Ron,包含绝缘体电阻R1和磁电阻RMK_QN， 磁电阻Rmk,很小；其中，在“关”状态下，薄膜断态等效的电阻Rtw，包含绝缘体电阻R1和磁电阻 R1E-OFF'磁电阻RME-CW很大，并且漏电很小；其中，基态电阻Rffl小于断态电阻Rqff ；其中，薄膜厚度增加，等效电阻R增加，耐压强度增加；其中，偏压小于VMK_QN时，不能产生FET的位移，AFM的磁电阻Rme很大，遵循Vmmff=R yT1yMR-OFFa 1OFF ’其中，偏压等于或大于Vmk,时，产生FET的位移和AFM的磁电阻Rme “开”(ON)效应，RMK-。N变的很小，I0N为导通电流，遵循VMR-。N = R E-onXION ；其中，施加反向偏压-Vme时，产生FET的反向位移和AFM的磁电阻Rme “关”(OFF) 效应，Rmmff变的很大，Iqff为反向漏电流，遵循-VMK_QFF = Rme-OFFX ("IOFF)；这种薄膜的制备特征在于在进行包裹，成膜，预固化，热压，熟化等工艺中；其中包裹，如附图说明图1，至少包括溶胶-凝胶工艺方法，包裹树脂1-2于AFF粉体1_1或 AFF粉体衍生物1-1表面，制作成包裹形式的树脂-AFF粉体颗粒或其衍生物；其中成膜，如图2(a)，这种薄膜涂敷制作过程中，至少包括包裹形式的树脂-AFF 粉体颗粒或其衍生物2-1，流动助剂2-2，其中流动助剂2-2至少包括其中一种甘油，乙二胺，甲醇，乙醇等；其中预固化，对AFF薄膜预固化，如温度为80-200°C，时间2_8小时，没有开裂和卷曲；其中热压，对完成预固化的AFF薄膜进行等静压处理，如温度270-320°C，压力 5-80帕(bar)，时间2-4小时，也可以对多个薄膜进行层压；完成热压处理的AFF薄膜，如图 2 (b)，是由AFF粉体或其衍生物2-4，以及经过热塑变形，然后固化的绝缘树脂2-3组成。其中熟化，如图3，将AFF薄膜3-1放置于两个电极3-2之间，电极经连接导线3_3， 从保温箱体3-4的瓷孔3-5，分别连接到电源3-6，在电源提供的辅助电场下，如5-4000V范围的正向和反向变化，同时，通过温度流入口 3-7和温度流出口 3-8对保温箱体进行温度控制，如_30-+12本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：纵坚平，
申请(专利权)人：纵坚平，
类型：发明
国别省市：