一種鉬酸鉍基透明鐵電發(fā)光薄膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功能薄膜材料領(lǐng)域，具體地，涉及一種鉬酸鉍基透明鐵電發(fā)光薄膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵電薄膜是將鐵電塊體材料制備成納米厚度的薄膜材料，其具備鐵電塊體材料的物理性質(zhì)，如鐵電特性、介電特性、壓電特性、熱釋電特性等，從而在微電子器件、微型機(jī)械、傳感器等領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用價(jià)值。
[0003]鐵電發(fā)光薄膜，是同時(shí)具備鐵電特性和光致發(fā)光特性的鐵電薄膜，其在微納光電子材料與器件領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
[0004]目前，已經(jīng)研究開(kāi)發(fā)的鐵電發(fā)光薄膜有稀土摻雜鈦酸鉍(BiLn)4Ti3012、稀土摻雜鈦酸鋇(BaLn) Ti03、稀土摻雜釩酸鉍(BiLn) 2VO5.5等體系，其中Ln是稀土元素。
[0005]探究不同的鐵電材料作為基質(zhì)，開(kāi)發(fā)新型鐵電發(fā)光薄膜，可以拓展該類材料的應(yīng)用領(lǐng)域，滿足不同條件下的應(yīng)用需求。迄今為止，尚無(wú)采用Bi2Mo06作為透明鐵電發(fā)光薄膜基質(zhì)材料的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種鉬酸鉍基透明鐵電發(fā)光薄膜。該薄膜采用Bi2Mo06作為基質(zhì)，通過(guò)摻雜稀土離子Eu、P;r、E;r、Tm或Yb等得到了一種既保持鉬酸祕(mì)薄膜的鐵電性能，又具有光致發(fā)光特性的薄膜。
[0007]本發(fā)明的另一目的在于提供上述鉬酸鉍基透明鐵電發(fā)光薄膜的制備方法。
[0008]本發(fā)明的上述目的是通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的。
[0009]—種鉬酸鉍基透明鐵電發(fā)光薄膜，以Bi2Mo06為基質(zhì)摻雜稀土元素，其化學(xué)組成為(B i 2-xLnx )Μοθ6，其中 Ln 是稀土元素 Eu、Pr、Er、Tm 或 Yb 中的一種，式中 0〈x<0.50。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)中有采用鈦酸鉍BidisOu、鈦酸鋇BaTi03或鈦酸鉍鋇BaBi4Ti4015為基質(zhì)摻雜稀土離子的鐵電薄膜;本發(fā)明以Bi2Mo06為基質(zhì)，所得薄膜的光致發(fā)光強(qiáng)度明顯高于相同稀土元素?fù)诫s量的鈦酸鹽鐵電薄膜。
[0011]優(yōu)選地，發(fā)光薄膜(Bi2—xLnx)Mo06的厚度為100?1000 nm，厚度越厚，發(fā)光強(qiáng)度越強(qiáng)；
X越大發(fā)光強(qiáng)度越強(qiáng)。
[0012]本發(fā)明還提供上述一種鉬酸鉍基透明鐵電發(fā)光薄膜的制備方法，包括如下步驟:
51.將鉬酸銨或乙酰丙酮鉬溶于溶劑中，經(jīng)加熱、混勻、降溫后，得到前驅(qū)體溶液A;
52.將硝酸鉍、稀土硝酸鹽溶于溶劑中，加入穩(wěn)定劑，得到前驅(qū)體溶液B;
53.將前驅(qū)體溶液A和B混勻、陳化，得到前驅(qū)體溶液C;
54.將前驅(qū)液溶液C旋涂在襯底上，再烘烤，然后將薄膜進(jìn)行退火處理，冷卻后取出，SP得到所述鉬酸鉍基透明鐵電發(fā)光薄膜；
其中，S2所述稀土硝酸鹽為Eu3+、Pr3+、Er3+、Tm3+或Yb3+的硝酸鹽。
[0013]優(yōu)選地，步驟S1所述溶劑為乙二醇。
[0014]優(yōu)選地，步驟S1所述加熱的溫度為50°C。
[0015]優(yōu)選地，步驟S2所述溶劑為乙二醇甲醚和冰醋酸的混合液，穩(wěn)定劑為乙酰丙酮。優(yōu)選地，乙二醇甲醚和冰醋酸的體積比在0.5?2之間。更優(yōu)選地，乙二醇甲醚和冰醋酸的體積比為2:1。
[0016]優(yōu)選地，步驟S3所述前驅(qū)體溶液C的濃度為0.05?0.20 mol/L。
[0017]優(yōu)選地，步驟S3所述陳化的時(shí)間為24h。
[0018]優(yōu)選地，步驟S4所述的旋涂是采用旋轉(zhuǎn)涂覆法，旋涂速度為2000?4000轉(zhuǎn)/分，時(shí)間為20?40秒。
[0019]優(yōu)選地，步驟S4所述的襯底為ΙΤ0導(dǎo)電玻璃、FT0導(dǎo)電玻璃、石英玻璃、硅片、氧化硅襯底、鉑襯底、藍(lán)寶石襯底、鈦酸鍶單晶襯底、鈦酸鍶摻鈮單晶襯底、氯化鈉透明襯底或氧化鎂透明襯底。
[0020]優(yōu)選地，步驟S4所述的退火處理指在空氣或氧氣氣氛下灼燒，退火處理的溫度為550?750°C，時(shí)間為1?3小時(shí)。
[0021 ] 優(yōu)選地，S4所述烘烤的時(shí)間為2?5min，溫度為200~300°C。
[0022]根據(jù)所需要鐵電發(fā)光薄膜的厚度，優(yōu)選地，將S4所述旋涂和烘烤重復(fù)若干次。更優(yōu)選地，將S4所述旋涂和烘烤重復(fù)4?12次。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明所述的鉬酸鉍基透明鐵電發(fā)光薄膜既保持鉬酸鉍薄膜的鐵電性能，又具有良好的光致發(fā)光特性，經(jīng)紫外光或980 nm激光激發(fā)，薄膜可發(fā)出可見(jiàn)光，肉眼可見(jiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為實(shí)施例2在石英襯底上，鉬酸鉍基鐵電發(fā)光薄膜(BinEu0.1dMoOs的X射線衍射圖譜(掠射)。
[0025]圖2為實(shí)施例2在石英襯底上，鉬酸鉍基鐵電發(fā)光薄膜(BinEu0.1dMoOs的發(fā)射光
4並L曰。
[0026]圖3為實(shí)施例2在石英襯底上，鉬酸鉍基鐵電發(fā)光薄膜(BinEu0.1dMoOs的透射譜。
[0027]圖4為實(shí)施例9在ΙΤ0襯底上，鉬酸鉍基鐵電發(fā)光薄膜(BinEu0.1dMoOs的電滯回線。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但實(shí)施例并不對(duì)本發(fā)明做任何形式的限定。除非特別說(shuō)明，本發(fā)明采用的試劑、方法和設(shè)備為本技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)試劑、方法和設(shè)備。
[0029]實(shí)施例1
本實(shí)施例提供一種鉬酸鉍基透明鐵電發(fā)光薄膜，其化學(xué)組成為(Bi^Eu0.KOMoOs，上述鐵電發(fā)光薄膜按如下步驟制備得到:
S1.稱取0.9785g乙酰丙酮鉬CkjHmMoOs溶于乙二醇中，加熱到50°C，攪拌2小時(shí)，降至室溫，得到前驅(qū)體溶液A; 52.稱取2.7651g硝酸鉍Bi(N03)3.5H20，0.1338g硝酸銪Eu(N03)3.6H20，溶于乙二醇甲醚和冰醋酸體積比為2:1的混合液中，加入1.2013g穩(wěn)定劑乙酰丙酮C5H802，得到前驅(qū)體溶液B;
53.將前驅(qū)體溶液A和B混合，攪拌2小時(shí)，陳化24小時(shí)，得到前驅(qū)體溶液C，調(diào)節(jié)溶液濃度為0.10 mol/L；
54.將前驅(qū)體溶液C旋涂在IT0(氧化銦錫)導(dǎo)電玻璃襯底上，旋涂速度為2000轉(zhuǎn)/分，時(shí)間為20秒，烘烤3分鐘，重復(fù)旋涂、烘烤4次，最后將薄膜置于高溫爐中，在空氣中進(jìn)行退火處理，退火溫度為550°C，退火時(shí)間為1小時(shí)，冷卻后取出，即可得到組分為(BiuoEu0.KOMoOs的透明鐵電發(fā)光薄膜。
[0030]薄膜物相結(jié)構(gòu)為Bi2Mo06，沒(méi)有其他物相生成。薄膜經(jīng)360nm紫外光激發(fā)，可發(fā)出峰位位于595 nm的橙光和617 nm的紅光，肉眼清晰可見(jiàn)。薄膜在可見(jiàn)光區(qū)的透過(guò)率在60 %~90%之間，肉眼觀察為透明薄膜。薄膜的鐵電剩余極化強(qiáng)度約為0.50 yC/cm2，矯頑場(chǎng)約為90kV/cm。
[0031]實(shí)施例2
本實(shí)施例提供一種鉬酸鉍基透明鐵電發(fā)光薄膜，其化學(xué)組成為(Bi^EuudMoOs，上述鐵電發(fā)光薄膜按如下步驟制備得到:
51.稱取乙酰丙酮鉬CkjHwMoOm0.9785g溶于乙二醇中，加熱到50°C，攪拌2小時(shí)，降至室溫，得到前驅(qū)體溶液A;
52.稱取硝酸鉍Bi(N03)3.5H20:2.6923g，硝酸銪Eu(N03)3.6H20:0.2007g，溶于乙二醇甲醚和冰醋酸體積比為2:1的混合液中，加入穩(wěn)定劑乙酰丙酮C5H802:1.2013g，得到前驅(qū)體溶液B;
53.將前驅(qū)體溶液A和B混合，攪拌2小時(shí)，陳化24小時(shí)，得到前驅(qū)體溶液C，調(diào)節(jié)溶液濃度為0.10 mol/L；
54.將前驅(qū)液C旋涂在石英襯底上，旋涂速度為2500轉(zhuǎn)/分，時(shí)間為30秒，烘烤3分鐘，重復(fù)旋涂、250°C烘烤6次，最后將薄膜至于高溫爐中，在空氣中進(jìn)行退火處理，退火溫度為550°C，退火時(shí)間為1小時(shí)，冷卻后取出，即可得到組分為(BinEu0.dMoOs的透明鐵電發(fā)光薄膜。
[0032]如圖1?3所示，薄膜物相結(jié)構(gòu)為Bi2Mo06，沒(méi)有其他物相生成。薄膜經(jīng)360nm紫外光激發(fā)，可發(fā)出峰位位于595 nm的橙光和617 nm的紅光，肉眼清晰可見(jiàn)。薄膜在可見(jiàn)光區(qū)的透過(guò)率在60 %~90 %之間，肉眼觀察為透明薄膜。
[0033]實(shí)施例3
本實(shí)施例提供一種鉬酸鉍基透明鐵電發(fā)光薄膜，其化學(xué)組成為(BiuoEu0.sdMoOs，上述鐵電發(fā)光薄膜按如下步驟制備得到:
51.稱取乙酰丙酮鉬CkjHwMoOm0.9785g溶于乙二醇中，加熱到50°C，攪拌2小時(shí)，降至室溫，得到前驅(qū)體溶液A;
52.稱取硝酸鉍Bi(N03)3.5H20:2.6195g，硝酸銪Eu(N03)3.6H20:0.2676g，溶于乙二醇甲醚和冰醋酸體積比為2:1的混合液中，加入穩(wěn)定劑乙酰丙酮C5H802:1.2013g，得到前驅(qū)體溶液B;
53.將前驅(qū)體溶液A和B混合，攪拌2小時(shí)，陳化24小時(shí)，得到前驅(qū)體溶液C，調(diào)節(jié)溶液濃度為0.10 mol/L；
S4.將前驅(qū)液C旋涂在FTO導(dǎo)電玻璃襯底上，旋涂速度為3000轉(zhuǎn)/分，時(shí)間為30秒，280°C烘烤3分鐘，重復(fù)旋涂、烘烤8次，最后將薄膜至于高溫爐中，在氧氣氣氛中進(jìn)行退火處理，退火溫度為700°C，退火時(shí)間為3小時(shí)，冷卻后取出，即可得到組分為(BiuoEu0.^MoOs的透明鐵電發(fā)光薄膜。
[0034]薄膜物相結(jié)構(gòu)為Bi2Mo06，沒(méi)有其他物相生成。薄膜經(jīng)360nm紫外光激發(fā)，可發(fā)出峰位位于595 nm的橙光和617 nm的紅光，肉眼清晰可見(jiàn)。薄膜在可見(jiàn)光區(qū)的透過(guò)率在60 %~90%之間，肉眼觀察為透明薄膜。
[0035]實(shí)施例4
本實(shí)施例提供一種鉬酸鉍基透明鐵電發(fā)光薄膜，其化學(xué)組成為(Bi^Pr0.KOMoOs，上述鐵電發(fā)光薄膜按如下步驟制備得到:
51.稱取0.9785g乙酰丙酮鉬CkjHmMoOs溶于乙二醇中，加熱到50°C，攪拌2小時(shí)，降至室溫，得到前驅(qū)體溶液A;
52.稱取2.7651g硝酸鉍Bi(N03)3.5H20，0.1305g硝酸鐠Pr(N03)3.6H20，溶于乙二醇甲醚和冰醋酸體積比為2:1的混合液中，加入1.2013g穩(wěn)定劑乙酰丙酮C5H802，得到前驅(qū)體溶液B;
53.將前驅(qū)體溶液A和B混合，攪拌2小時(shí)，陳化24小時(shí)，得到前驅(qū)體溶液C，調(diào)節(jié)溶液濃度為0.10 mol/L；
54.將前驅(qū)液C旋涂在氧化硅襯底上，旋涂速度為3500轉(zhuǎn)/分，時(shí)間為30秒，200°C烘烤3分鐘，重復(fù)旋涂、烘烤8次，最后將薄膜至于高溫爐中，在空氣中進(jìn)行退火處理，退火溫度為750°C，退火時(shí)間為1小時(shí)，冷卻后取出，即可得到組分為(BinPr0.WMoOs的透明鐵電發(fā)光薄膜。
[0036]薄膜物相結(jié)構(gòu)為Bi2Mo06，沒(méi)有其他物相生成。薄膜經(jīng)360nm紫外光激發(fā)，可發(fā)出峰位位于611 nm的紅光，肉眼清晰可見(jiàn)。
[0037]實(shí)施例5
本實(shí)施例提供一種鉬酸鉍基透明鐵電發(fā)光薄膜，