液相自組裝法制備鐵酸鉍薄膜的研究_圖文

1、卷第期人工晶體學(xué)報(bào)。年月，液相自組裝法制備鐵酸鉍薄膜的研究談國(guó)強(qiáng)，宋亞玉，苗鴻雁，博海洋，夏傲（陜西科技大學(xué)教育部輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安）摘要：采用液相自組裝法成功制備出鐵酸鉍（，）薄膜，并采用、和等測(cè)試方法對(duì)，薄膜進(jìn)行了表征。研究了功能化的自組裝單分子層（）表面對(duì)，薄膜成核和生長(zhǎng)的影響，以及沉積溫度對(duì)鐵酸鉍薄膜的形成和微觀形貌的影響。結(jié)果表明：功能化的表面上薄膜與基底結(jié)合牢固，結(jié)構(gòu)致密均一；沉積溫度在之間，薄膜表面比較平整均一，當(dāng)沉積溫度高于，薄膜表面出現(xiàn)多晶聚集體現(xiàn)象。關(guān)鍵詞：自組裝單分子層；自組裝；鐵酸鉍薄膜中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)：（），一了，（，?！浚ǜ?，）（，

2、）：（），（）：；引言鐵磁電材料是一種因?yàn)殡姶庞行蚨鴮?dǎo)致鐵電性和磁性共存并且具有磁電耦合性質(zhì)的材料。鐵電性和磁性的共存使得這種材料可由電場(chǎng)誘導(dǎo)產(chǎn)生磁化，同時(shí)磁場(chǎng)日也可以誘發(fā)鐵電極化，此性質(zhì)被稱為磁電效應(yīng)（）。，具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，是一種典型的鐵磁電材料。目前用于制備，薄膜的方法很多，如脈沖激光沉積法【、磁控濺射法、溶膠一凝膠法等。這些制備工藝通常設(shè)備較為復(fù)雜，需要嚴(yán)格的真空環(huán)境和工藝制度，成本昂貴或是需要高溫煅燒工藝處理，制備過程會(huì)造成污染，都不能實(shí)現(xiàn)工藝簡(jiǎn)單，節(jié)約能源及環(huán)境友好的目標(biāo)。近些年來，自組裝成為制備有序超薄收稿日期：；修訂日期：基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（，）；國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（）

3、作者簡(jiǎn)介：談國(guó)強(qiáng)（），男，陜西省人，碩士。：通訊作者：苗鴻雁，教授。：人工晶體學(xué)報(bào)第卷膜研究的熱點(diǎn)”。這是因?yàn)樽越M裝技術(shù)將活性分子通過化學(xué)鍵吸附在異相界面上，從而使制備的自組裝膜（，）具有一定的化學(xué)穩(wěn)定性和熱力學(xué)穩(wěn)定性。本文利用液相沉積與自組裝技術(shù)相結(jié)合來制備，薄膜，獲得了比較致密、均勻且與基片結(jié)合牢固的，薄膜。實(shí)驗(yàn)的制備及功能化本實(shí)驗(yàn)采用玻璃作為基板，依次置于洗滌劑、丙酮、乙醇中超聲波震蕩清洗。用氮?dú)獯蹈?，在紫外下照射，使基片表面達(dá)到“原子清潔度”。然后迅速浸入新配制的的（十八烷基三氯硅烷）一甲苯溶液中，浸泡后將基片用丙酮在超聲波下清洗，用氮?dú)獯蹈桑糜谙卤厝サ魵埩綦s質(zhì)。最后將用處理后的玻

4、璃基片在紫外光下照射，使基體表面呈良好的親水性。，薄膜的沉積將（，）：和（，）：以：的比例溶于稀醋酸中，攪拌至完全溶解，形成透明溶液，保持溶液濃度為，將檸檬酸按（金屬離子與檸檬酸分子物質(zhì)的量比為：）加入前一步配制的溶液中，攪拌均勻得到穩(wěn)定的前驅(qū)體溶液。將功能化基片豎直置于已配制好的前驅(qū)液中，沉積后，取出基片，用去離子水沖洗干凈。沉積好的基片置于熱處理爐中以速率升溫，在下保溫。分析測(cè)試采用日本理學(xué)自動(dòng)射線衍射儀進(jìn)行物相鑒定，測(cè)量時(shí)，選用靶的射線，管電壓和電流分別為和，掃描步長(zhǎng)為。，掃描范圍。一。采用日本公司的型掃描電子顯微鏡（，）對(duì)試樣進(jìn)行表面形貌的觀察。采用美國(guó)公司的型振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)（）來測(cè)量

5、試樣的磁滯回線，分析試樣的室溫鐵磁性。結(jié)果與討論 表面功能化（）對(duì)薄膜的影響圖為空白基片和經(jīng)過表面功能化（）的基片上沉積，并在下鍛燒所制備，薄膜的譜圖。從圖中可以看出，未功能化處理的薄膜樣品圖譜中，特征峰比較微弱（圖），晶體結(jié)構(gòu)發(fā)育不完善。經(jīng)過表面功能化（）處理樣品的衍射譜中的，衍射峰與卡片中的衍射峰對(duì)比一致（圖），晶面衍射峰明顯增強(qiáng)，且無(wú)明顯雜質(zhì)峰出現(xiàn)。（。）圖普通玻璃基片（）和功能化基片（）經(jīng)沉積所制備的薄膜的圖譜曲（）（）圖普通玻璃基片（）和功能化基片（）經(jīng)沉積所制備薄膜的照片（）；（）所制備薄膜的照片如圖所示。從圖中可以看出，功能化基片表面上薄膜的沉積效果明顯優(yōu)于普第期談國(guó)強(qiáng)等：液相自

6、組裝法制備鐵酸鉍薄膜的研究通玻璃基片表面沉積的膜層，其顆粒大小、粒徑分布都非常均勻，表面平整而致密。普通玻璃基片表面沉積的膜層只在基板表面局部地方有覆蓋，膜表面也不致密，有大量裂紋。而文獻(xiàn)指出功能化的對(duì)于無(wú)機(jī)粒子在其表面沉積能起到明顯的誘導(dǎo)作用，能夠誘導(dǎo)無(wú)機(jī)物前驅(qū)體在基底表面均勻地成核和生長(zhǎng)，進(jìn)而形成一層與基底結(jié)合牢固、結(jié)構(gòu)致密的無(wú)機(jī)膜層。溫度對(duì)薄膜沉積的影響利用液相沉積法制備薄膜的沉積溫度一般都在以下。在本實(shí)驗(yàn)中，采用相同的前驅(qū)液，沉積溫度選擇。圖是基片在的前驅(qū)液中，分別在、和的溫度下沉積，下鍛燒所制備薄膜的圖譜。從圖中可以看出，溫度為時(shí)（圖），沉積薄膜的晶面衍射峰較弱。當(dāng)沉積溫度為時(shí)（圖）

7、，所得薄膜的衍射峰變強(qiáng)，峰形變得尖銳且窄，說明薄膜的結(jié)晶度提高。沉積溫度為的薄膜衍射峰強(qiáng)度最大（圖）。溫度進(jìn)一步升高到（圖），薄膜的主衍射峰反而變?nèi)?，出現(xiàn)大量鉍和鐵氧化物雜峰。卵）圖不同沉積溫度條件下所制備薄膜的圖譜（）；（）；（）；（） 圖不同沉積溫度下所制備的，薄膜的照片（）；（）；（）；（）圖為在不同溫度下沉積的薄膜的照片。從圖中可以看出，沉積溫度為時(shí)，薄膜表面堇致密平整（圖）。圖中的插圖為沉積的薄膜的高分辨率照片。從圖可以看出，薄膜童表面平整光滑，結(jié)構(gòu)致密均一。沉積溫度為的薄磊膜表面比較粗糙，晶體尺寸明顯增大，開始形成多晶聚集體（圖）。時(shí)多晶聚集體現(xiàn)象更加明顯，圖及其中的插圖為沉積的薄

8、膜的不同分辨率照片。由圖可以看到，多晶聚集體的大小在左右。當(dāng)溫度進(jìn)一步升高到，薄。；膜表面會(huì)附著大量雜質(zhì)顆粒（圖）。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)圖室溫下，薄膜的磁化曲線圖，）的碰撞理論，低溫下反應(yīng)比較緩慢，絡(luò)合離子與基片表面的一有比較充分的時(shí)間接觸和碰撞，并進(jìn)行脫水聚合反應(yīng)。隨著溫度升高，分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，前驅(qū)液的水解反應(yīng)速率加快，溶液中存在大量的絡(luò)合離子，這些絡(luò)合離子之間脫水聚合的幾率增大，基團(tuán)相互連接產(chǎn)生的聚合鏈覆蓋了基體表面，促進(jìn)形成薄膜的同時(shí)亦生成多晶聚集體。當(dāng)溫度過高時(shí)溶液在短時(shí)間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的絡(luò)合物沉淀，也會(huì)出現(xiàn)均相成核，導(dǎo)致雜相的產(chǎn)生。人工晶體學(xué)報(bào)第卷薄膜的磁性能為研究薄膜的磁性，在室溫下對(duì)薄膜

9、的磁性用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)（）來測(cè)量試樣的磁滯回線，圖為下退火的，薄膜在外加磁場(chǎng)下的磁化曲線圖。從圖中可以看出，薄膜在常溫下顯示宏觀順磁性，其磁化率為正值，在低溫下具有弱的磁性。結(jié)論采用液相沉積法在功能化基片的自組裝膜表面（）成功制備了，薄膜，薄膜表面平整，比較致密，且與基片結(jié)合牢固。結(jié)果表明，功能化的表面的膜層與基底結(jié)合力更加牢固，在較低溫度下的鐵酸鉍水溶液中沉積的鐵酸鉍薄膜結(jié)構(gòu)致密均一，與基底表面結(jié)合力強(qiáng)；沉積溫度在一之間，薄膜面比較平整均一，當(dāng)沉積溫度高于，薄膜表面出現(xiàn)多晶聚集體現(xiàn)象。磁性測(cè)量表明所制備的，薄膜具有弱的磁性。參考文獻(xiàn)礬，：，柵，：，曲一，（）：李麗，劉保亭，張新，等溶膠凝膠法

10、制備鐵電薄膜的結(jié)構(gòu)及物性研究人工晶體學(xué)報(bào)，（）：，（）：（），：腦劬，（）：，。，。：“，。，：“，舢，柵¨，一一“。一¨¨，¨，¨，一¨¨¨，¨¨一¨，。一¨，¨。¨，¨一¨。一，一¨¨。呻¨一¨一一，。帥”一¨“，州¨¨¨“¨（上接第頁(yè)）褚君浩窄禁帶半導(dǎo)體物理學(xué)北京：科學(xué)出版社，：，弧，（）：，。舳：¨¨，。洲刪¨

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12、單位：陜西科技大學(xué)教育部輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安,710021刊名：人工晶體學(xué)報(bào)英文刊名： JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS年，卷(期：2010,39(2參考文獻(xiàn)(7條1. Liu J;Kim A Y;Wang L Q Self-assembly in the Synthesis of Ceramic Materials and Composites外文期刊 1996(02. He Z L;Yu Z W;Miao H Y Preparation of TiO2 Thin Film by the PLD Method on Functionalized OrganicSelf-assembled Monolayers 20093. Gao Y F;Koumoto K Bioinspired Ceramic Thin Film Processing:Present Status and Future Perspectives2005(054. 李麗;劉保亭;張新 溶膠-凝膠法制備BiFeO3鐵電薄膜的結(jié)構(gòu)及物性研究期刊論文-人工晶體學(xué)報(bào) 2008(065. Rao B U M;Srinivasan G Effects of High-temperature Annealing on Amorphous