本发明专利技术公开了一种钛铌锌酸铅化学溶液及铁电薄膜的制备方法，把Nb2O5和K2CO3按1:3混合，用碾钵碾磨约1小时后在960℃以上煅烧2小时，将煅烧的产物溶于水得到K3NbO4溶液，经过硝酸、草酸、和氨水依此滴定得到反应活性较强的白色氢氧化铌，采用乙二醇甲醚作为溶剂，柠檬酸螯合法制备出PZNT前驱体溶液，利用旋涂法制备出PZNT铁电薄膜。本发明专利技术可以省去复杂的真空配液系统，且不需要昂贵的乙醇铌作为铌源，仅以价格低廉的Nb2O5为铌源；工艺简单，成膜条件易于控制，薄膜的形貌规整，层次分明，性能优良；为甩胶制备薄膜提供了一种途径。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及合成一种稳定的PZNT前驱体溶液的制备方法，其中Nb5+离子的引入是关键。我们是把化学性质极其稳定的Nb2O5转化为可溶性的铌酸盐前驱物，经过硝酸、草酸、和氨水滴定得到反应活性较强的白色氢氧化铌沉淀，但是它的缺点在于不稳定且随着时间的延长它的活性丧失，所以一般使用新鲜沉淀的氢氧化铌，这就使得实验周期变长，为此我们通过储存氢氧化铌的前驱溶液一K3NbO4水溶液来缩减实验周期。使得正铌酸稀土盐粉体材料、陶瓷材料和薄膜材料等的制备更便捷。
技术介绍
自然界中铌最常见的氧化物是氧化铌(Nb2O5)，但是Nb2O5化学性质极其稳定，影响了它的反应活性。如果把Nb2O5转化为可溶性的铌酸盐前驱物，并用软化学方法(如水热法和Pechini法)制备铌酸盐陶瓷和薄膜，这对铌酸盐的研究和应用有重要的意义。目前，制备铌酸盐化合物常用的铌源主要有乙醇铌(Nb(OC2H5)5)、氯化铌(NbCl5)、草酸铌和氧化铌(Nb2O5)等。醇盐常用于水热法或溶胶一凝胶法工艺，具有良好的溶解性，但是乙醇铌价格昂贵，极易水解并需要在特殊环境下(如干燥、惰性气体)中保存，在工业中推广使用存在困难；使用NbCl5会导致最终产物中残留氯化物杂质，影响材料的电性能，此外合成过程中产生有毒的HCl气体，不利于环境保护。尽管草酸铌可溶于水，但是草酸离子和很多金属离子，特别是铅离子，形成草酸盐沉淀，影响了其在化学合成上的应用。氧化铌(Nb2O5)是一种最常见和最便宜的含铌原料。但是Nb2O5化学性质极其稳定，与其它盐类的化学反应能力弱，影响了它的反应活性。氢氧化铌(Nb205.nH20，Nb (OH)5，也称作铌酸)是种白色沉淀，含有不定数量的水，它的反应活性比Nb2O5更强，可溶于NaOH溶液，草酸，酒石酸，柠檬酸等。使用氢氧化 铌作为铌源显然更方便，但是它除了含有不定量的水之外，它的缺点在于不稳定且随着时间的延长它的活性丧失，所以一般使用新鲜沉淀的氢氧化铌，并且保存时间不能超过一个月。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新的化学溶液法制备薄膜，这种方法可以制得性能优良的薄膜。为了达到以上目的，本专利技术用以下的技术方案予以实现:一种钛铌锌酸铅(PZNT)化学溶液的制备方法，包括以下步骤:(1)铌源的引入:把Nb2O5和K2CO3按1:3的质量比混合，碾磨I小时后在960°C以上煅烧1-2小时，将煅烧的产物溶于水过滤得到正铌酸钾(K3NbO4)溶液，用硝酸处理至溶液PH值为3-5，得到浑浊的氢氧化铌悬浊液，进一步添加草酸至氢氧化铌完全溶解，再向溶液中滴入氨水，使溶液PH值达到7-10，重新得到Nb2O5.5H20沉淀；(2)铌的前驱体溶液的制备:将Nb2O5.5H20沉淀溶解于柠檬酸_乙二醇甲醚或柠檬酸-乙二醇溶液中，其中柠檬酸含量为0.12-0.15g/mL，加热去除水分；五氧化二铌与柠檬酸的摩尔质量比为3:10-3:8 ；(3)关于铌锌前驱体溶液的制备:将三水醋酸锌溶解于所得铌的前驱体溶液中，其中锌元素与银元素的摩尔比为1-1.05:2 ；(4)铌锌铅前驱体溶液的制备:将三水醋酸铅溶解于所得铌-锌前驱体溶液中，得到银-锌-铅前驱体溶液，其中铅和锌元素的摩尔比为15:4-55:14 ；(5)钛铌锌酸铅前驱体溶液的制备:在乙二醇甲醚或乙二醇中加入柠檬酸，将溶液在110°C下磁力搅拌10-30in，注入酞酸丁酯，制得钛-乙二醇甲醚或钛-乙二醇的稳定溶液，钛酸丁酯与柠檬酸的摩尔比为3:4 ;将所得钛-乙二醇甲醚或钛-乙二醇的稳定溶液按所需比例加入银-锌-铅前驱体溶液中。步骤(1)所得沉淀中所含Nb2O5的量的标定方法为称重法，具体步骤如下:a、取20mL或30mL正铌酸钾(K3NbO4)溶液，经过HNO3、草酸和氨水滴定，过滤得到白色胶状Nb2O5.5H20沉淀；b、将重新的到的Nb2O5.5H20沉淀用去离子水清洗3遍；C、取一干净坩埚，称量并记下其质量G1，将b中得到的Nb2O5.5H20沉淀放入该干净坩埚内；d、将c中的坩埚和沉淀一起在450-1000°C下煅烧2小时，煅烧后将坩埚凉至室温称取坩埚和沉淀总质量G2 ；e、G2-G1即为20mL或30mL正铌酸钾(K3NbO4)溶液中Nb2O5的含量。`本专利技术还提供一种钛铌锌酸铅(PZNT)铁电薄膜的制备方法，其特征在于，用旋涂法将上述方法制得的化学溶液通过旋转甩膜涂到Pt、T1、SiO2或Si衬底上，烘烤转化为凝胶膜，得到钛铌锌酸铅铁电薄膜。所述旋涂法的工艺:先1000rpm预甩5s，再4500rpm甩胶20s，200-300°C下烘干，重复上述步骤2-10次；成膜后440-650°C退火20_30min。同现有技术相比本专利技术具有以下优点:采用此化学溶液法制备薄膜可以省去复杂的真空配液系统，且不需要昂贵的乙醇铌作为为铌源，仅以价格低廉的Nb2O5为铌源；工艺简单，成膜条件易于控制，薄膜的形貌规整，层次分明，性能优良；为甩胶制备薄膜提供了一种途径。【附图说明】图1为本专利技术的实验流程图。图2为本专利技术实施例所得PZNT薄膜的XRD图。图3为本专利技术实施例所得PZNT薄膜的SEM图，(a)为表面形貌；(b)为断面形貌。图4为本专利技术实施例所得PZNT薄膜的电滞回线图。图5为本专利技术实施例所得PZNT铁电薄膜的介电常数和损耗随频率变化图。【具体实施方式】实施例:以制备x=0.2组分的(1-x) PZN-xPT铁电薄膜为例，步骤如下:(I)称取 9.09gK2C03(99wt%) (66mmol)和 5.83gNb205 (22mmol)将其混合、用碾钵碾磨约I小时后在960°c以上煅烧2小时，反应方程式为:3K2C03+Nb205=2K3Nb04+3C02 ?将煅烧产物溶解到IOOmL去离子水中，过滤得到澄清的K3NbO4溶液。铌含量的标定:a、取20mL的K3NbO4溶液，用硝酸滴定至PH值为4，得到浑浊的氢氧化铌悬浊液，再往浊液中添加草酸，直到氢氧化铌沉淀完全溶解，最后滴加氨水重新得到Nb2O5.5H20沉淀；b、将重新的到的Nb2O5.5H20沉淀用去离子水清洗3遍；C、取一干净坩埚，称量并记下其质量G1,将b中得到的Nb2O5.5H20沉淀放入已取好的干净i甘祸内；d、将c中的坩埚和沉淀一起在450-1000°C下煅烧2小时，煅烧后将坩埚凉至室温称取坩埚和沉淀总质量G2 ；e、G2-G1 即为 20mL 正铌酸钾(K3NbO4)溶液中 Nb2O5 的含量 0.0605g/mL。(2) 30mL0.4M/L 的 0.8Pb (Zn1Z3Nb2Z3) O3-0.2.PbTiO3 前驱液的配制:a.铌的前驱液制备:量取26.58mL步骤(1)所得的K3NbO4溶液(相当于Nb2O50.85g, 6.4mmolNb)，用硝酸滴定，PH值为4左右，得到浑浊的氢氧化铌悬浊液，再往浊液中添加草酸，直到氢氧化铌沉淀完全溶解，最后滴加氨水重新得到Nb2O5.5H20沉淀；·取2.5-3.2g柠檬酸(其中包括铌锌铅螯合所需的柠檬酸)，溶解到15mL的乙二醇甲醚或乙二醇溶液中，将Nb2O5.5H20沉淀加入到柠檬酸-乙二醇甲醚或柠檬酸-乙二醇溶液中直至溶液澄清，并加热蒸发掉其中的水分，得到铌的前驱本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钛铌锌酸铅化学溶液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）铌源的引入：把Nb2O5和K2CO3按1:3的摩尔比混合，碾磨1小时后在960℃以上煅烧1?2小时，将煅烧的产物溶于水过滤得到正铌酸钾溶液，用硝酸处理至溶液pH值为3?5，得到浑浊的氢氧化铌悬浊液，进一步添加草酸至氢氧化铌完全溶解，再向溶液中滴入氨水，使溶液PH值达到7?10，重新得到Nb2O5·5H20沉淀；（2）铌的前驱体溶液的制备：将Nb2O5·5H20沉淀溶解于柠檬酸?乙二醇甲醚或柠檬酸?乙二醇溶液中，其中柠檬酸含量为0.16?0.22g/mL，加热去除水分；五氧化二铌与柠檬酸的摩尔质量比为3:10?3:8；（3）关于铌锌前驱体溶液的制备：将三水醋酸锌溶解于所得铌的前驱体溶液中，其中锌元素与铌元素的摩尔比为1?1.05:2；（4）铌锌铅前驱体溶液的制备：将三水醋酸铅溶解于所得铌?锌前驱体溶液中，得到铌?锌?铅前驱体溶液，其中铅和锌元素的摩尔比为15:4?55：14；（5）钛铌锌酸铅前驱体溶液的制备：在乙二醇甲醚或乙二醇中加入柠檬酸，将溶液在110℃下磁力搅拌10?30in，注入酞酸丁酯，制得钛?乙二醇甲醚或钛?乙二醇的稳定溶液，钛酸丁酯与柠檬酸的摩尔比为3:4；将所得钛?乙二醇甲醚或钛?乙二醇的稳定溶液按所需比例加入铌?锌?铅前驱体溶液中。...
【技术特征摘要】
1.一种钛铌锌酸铅化学溶液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)铌源的引入:把Nb2O5和1(20)3按1:3的摩尔比混合，碾磨I小时后在960°C以上煅烧1-2小时，将煅烧的产物溶于水过滤得到正铌酸钾溶液，用硝酸处理至溶液pH值为3-5，得到浑浊的氢氧化铌悬浊液，进一步添加草酸至氢氧化铌完全溶解，再向溶液中滴入氨水，使溶液PH值达到7-10，重新得到Nb2O5.5H20沉淀； (2)铌的前驱体溶液的制备:将Nb2O5.5H20沉淀溶解于柠檬酸-乙二醇甲醚或柠檬酸-乙二醇溶液中，其中柠檬酸含量为0.16-0.22g/mL，加热去除水分；五氧化二铌与柠檬酸的摩尔质量比为3:10-3:8 ； (3)关于铌锌前驱体溶液的制备:将三水醋酸锌溶解于所得铌的前驱体溶液中，其中锌元素与银元素的摩尔比为1-1.05:2 ； (4)铌锌铅前驱体溶液的制备:将三水醋酸铅溶解于所得铌-锌前驱体溶液中，得到银-锌-铅前驱体溶液，其中铅和锌元素的摩尔比为15:4-55:14 ； (5)钛铌锌酸铅前驱体溶液的制备:在乙二醇甲醚或乙二醇中加入柠檬酸，将溶液在110°C下磁力搅拌10-30in，注入酞酸丁酯，制得钛-乙二醇甲醚或钛-乙二醇的稳定溶液，钛酸丁酯与柠檬酸的摩尔比为3:4 ;将所得钛-乙二...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘爱云，韩海龙，李传青，卫琳琳，王鹏，林方婷，石旺舟，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：
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