专利名称：磁电复合薄膜及其制备方法
技术领域：
本发明属于电子功能薄膜材料领域，涉及一种具有磁电效应的复合薄膜及其制备方法，具体涉及一种铁电体材料与磁性材料复合的功能薄膜材料，以及这种复合薄膜材料的溶胶-凝胶(sol-gel)制备方法。
背景技术：
磁电效应是材料在一定外部磁场作用下的介电极化，或在外加电场作用下的磁化。表征材料磁电效应的一个重要指标是磁电电压系数，其定义为αE＝dE/dH，其中，E为材料的电场输出，H为所施加的外部磁场。磁电效应在高性能的磁电功能器件中具有广阔的应用前景，可广泛应用于磁场探测、磁电能量互换、信息存储、电流检测等诸多领域中。目前，具有磁电效应的材料可分为两大类，包括单相化合物和复合材料。一般复合材料具有比单相化合物高得多的磁电效应，因此一直是人们研究和开发的重点。早期对磁电复合材料的研究和开发基本上都集中在宏观层次的块体复合材料上，如将压电陶瓷粉末与磁性材料粉末混合并共烧形成0-3/3-3复合的磁电复合材料，包括铁酸钴-钛酸钡和铁酸镍-钛酸钡复合材料等，以及将压电陶瓷片材与磁致伸缩片材层叠复合形成多层磁电复合材料结构，包括铁氧体-锆钛酸铅体系和铽镝铁合金-锆钛酸铅体系等。
但是，在研究和开发微观层次的磁电复合薄膜方面，目前国内外却涉及不多。与现有的宏观层次的磁电复合材料相比，磁电复合薄膜具有颗粒尺寸小、相尺寸可调节、集成度高等优点，在微型驱动器和传感器、高密度信息存储以及MEMS等方面具有广阔的应用前景。文献[1]-[2]报道了目前国际上对磁电复合薄膜的研究概况。迄今为止，只有H.Zheng和K.S.Chang等人利用激光脉冲淀积(PLD)和“composition spreads”两种方法制备成功过CoFe2O4-BaTiO3体系的磁电复合薄膜，但他们的研究并未涉及到复合薄膜的磁电效应的测量。
本发明的背景技术涉及以下文献[1]H.Zheng，J.Wang，et.al.Multiferroic BaTiO3-CoFe2O4Nanostructures.Science 2004，303661-663. K.S.Chang，M.A.Aronova，et.al.Exploration of artificial multiferroicthin-film heterostructures using composition spreads.Appl.Phys.Lett.2004，84(16)3091-.3093.
发明内容
本发明的目的是提供一种微观层次的磁电复合薄膜，具体地说，是提供一种具有磁电效应的铁电体与磁性材料复合的复合薄膜，以及这种复合薄膜的溶胶-凝胶(sol-gel)制备方法。
完成上述发明任务的技术方案是一种磁电复合薄膜，该复合薄膜由锆钛酸铅铁电基体和均匀分布于其中的铁酸钴磁性颗粒所构成，其中铁酸钴颗粒在复合薄膜中的体积含量在20％～80％之间。该复合薄膜具有良好的铁电性和铁磁性，并具有磁电效应。
这里所述的锆钛酸铅铁电基体材料的分子式为Pb(Zr0.52Ti0.48)O3，以下简称PZT；所述的铁酸钴磁性颗粒材料的分子式为CoFe2O4。
对于铁酸钴颗粒在复合薄膜中的比例，本申请推荐以下优化数值铁酸钴颗粒在复合薄膜中的体积含量在40％～60％之间。
在制备复合薄膜时，可通过在衬底上交替旋涂不同层数的锆钛酸铅和铁酸钴凝胶薄膜，以得到上述不同的铁酸钴体积含量；在高温退火处理过程中，由于锆钛酸铅铁电体层和铁酸钴层相互渗透并自发聚集，复合薄膜将形成连续的锆钛酸铅铁电基体相和均匀分布于其中的铁酸钴颗粒磁性体相。复合薄膜随铁酸钴体积含量的不同，可以表现出不同的磁电效应。
本发明涉及的磁电复合薄膜采用溶胶-凝胶方法进行制备，其制备过程如下配制CoFe2O4前驱体溶液将醋酸钴[Co(CH3COO)2·4H2O]、硝酸铁[Fe(NO3)3·9H2O]分别溶解于乙二醇甲醚中后混合，混合溶液的浓度控制在0.2-0.4M之间；配制PZT前驱体溶液将醋酸铅[Pb(CH3COO)2·3H2O]、硝酸锆[Zr(NO3)·5H2O]、钛酸丁酯[Ti(C4H9O)4]分别溶解于乙二醇甲醚和冰醋酸的1∶4体积比的混合溶剂中，然后将三种溶液混合，混合溶液的浓度控制在0.2-0.4M之间；复合薄膜的制备衬底选用镀铂硅片(Pt/Ti/SiO2/Si)。首先，根据设定的复合薄膜中CoFe2O4的体积含量和薄膜厚度，计算需要旋涂的CoFe2O4和PZT凝胶薄膜的层数；然后，将配制好的CoFe2O4前驱体溶液和PZT前驱体溶液交替旋涂在衬底上并作烘干处理以去除其中的有机物成分，直至获得所需要的CoFe2O4和PZT凝胶薄膜的层数；最后，将该复合凝胶薄膜置于氧气氛中在600-750℃下作退火处理4-8分钟，然后快速冷却至室温，即可获得CoFe2O4-PZT复合薄膜。
更详细地说，本申请推荐以下优化方案。
磁电复合薄膜的溶胶-凝胶制备方法，步骤如下配制CoFe2O4前驱体溶液原料采用醋酸钴[Co(CH3COO)2·4H2O]、硝酸铁[Fe(NO3)3·9H2O]和乙二醇甲醚。CoFe2O4前驱体溶液的浓度控制在0.2-0.4M之间。配制的基本过程为首先根据设定的CoFe2O4前驱体溶液的浓度和化学计量比称量好适量的醋酸钴、硝酸铁和乙二醇甲醚，将称量好的醋酸钴和硝酸铁分别溶解于少量的乙二醇甲醚中，然后将这两种溶液混合，并加入余下的乙二醇甲醚，混合溶液在40-60℃下搅拌1-3小时，直至溶液充分混合并呈透明暗红色，最后过滤。
配制PZT前驱体溶液原料采用醋酸铅[Pb(CH3COO)2·3H2O]、硝酸锆[Zr(NO3)·5H2O]、钛酸丁酯[Ti(C4H9O)4]、乙二醇甲醚和冰醋酸。PZT前驱体溶液的浓度一般控制在0.2-0.4M之间。配制的基本过程为首先根据设定的PZT前驱体溶液的浓度和化学计量比称量适量的醋酸铅、硝酸锆、钛酸丁酯、冰醋酸和乙二醇甲醚，为了补偿在后退火处理中Pb的挥发，一般在称量时加入10％(摩尔量)过量的醋酸铅。然后将冰醋酸和乙二醇甲醚混合配成1∶4体积比的混合溶剂，并将称量好的醋酸铅、硝酸锆和钛酸丁酯分别溶解于少量的上述混合溶剂中，最后将这三种溶液混合，并在40-60℃下搅拌1-3小时，直至溶液充分混合并呈透明淡黄色，最后过滤。
复合薄膜的制备衬底选用镀铂硅片(Pt/Ti/SiO2/Si)。首先，根据设定的复合薄膜中CoFe2O4的体积含量和薄膜厚度，计算需要旋涂的CoFe2O4和PZT凝胶薄膜的层数。然后，将配制好的CoFe2O4前驱体溶液或PZT前驱体溶液滴到衬底上，并用匀胶机进行匀胶，制备成一层凝胶薄膜，匀胶机的转速控制在500-3500转/分钟；匀好胶的凝胶薄膜在250-400℃下进行烘干处理，以去除其中的有机物成分。将CoFe2O4前驱体溶液和PZT前驱体溶液交替滴到上一层的凝胶薄膜上，并重复上述凝胶薄膜的制备过程，直至获得所需要的CoFe2O4和PZT凝胶薄膜的层数。最后，将该复合凝胶薄膜置于氧气氛中，氧气流量控制在1.5-3.5升/分钟，并在600-750℃下进行退火处理4-8分钟，然后快速冷却至室温，即可获得CoFe2O4-PZT复合薄膜。
为了对复合薄膜进行电性能测试，采用激光脉冲淀积(PLD)方法在薄膜表面蒸镀一层厚约100nm的铂电极。
本发明制备的CoFe2O4-PZT复合薄膜具有如下的技术效果(1)在材料的组成和微结构方面，根据X射线衍射(XRD)图谱和扫描电子显微镜(SEM)图像，复合薄膜由CoFe2O4和PZT两相组成，各组成相结晶良好，并呈多晶取向，其中CoFe2O4相以球形微粒的形式均匀分布在PZT基体中，CoFe2O4微粒的平均粒径在200纳米左右。
(2)在材料性质方面，复合薄膜具有良好的铁电性和铁磁性。复合薄膜还呈现出磁电效应，依据不同的偏磁场大小，其磁电电压系数在数十至数百mV/cmOe之间。
图1为本发明实施例1的磁电复合薄膜的X射线衍射(XRD)图谱。
图2为本发明实施例1的磁电复合薄膜的扫描电子显微镜(SEM)图像。
图3为本发明实施例1的磁电复合薄膜的磁滞回线。
图4为本发明实施例1的磁电复合薄膜的电滞回线。
图5为本发明实施例1的磁电复合薄膜的磁电电压系数αE在10kHz频率下随偏磁场的变化曲线。
具体实施例方式
实施例10.5CoFe2O4-0.5PZT复合薄膜(1)原料醋酸钴[Co(CH3COO)2·4H2O]，硝酸铁[Fe(NO3)3·9H2O]，醋酸铅[Pb(CH3COO)2·3H2O]、硝酸锆[Zr(NO3)·5H2O]，钛酸丁酯[Ti(C4H9O)4]，乙二醇甲醚，冰醋酸。
衬底选用镀铂硅片(Pt/Ti/SiO2/Si)。
(2)制备工艺a.配制CoFe2O4前驱体溶液称量0.03mol醋酸钴，0.06mol硝酸铁和100ml乙二醇甲醚。配制过程为首先将称量好的醋酸钴和硝酸铁分别放入两烧杯中并各加入30ml和50ml的乙二醇甲醚，用磁力搅拌器在40℃下分别搅拌直至完全溶解，然后将上述两烧杯中的溶液相互混合并加入余下的乙二醇甲醚，混合溶液在45℃下用磁力搅拌器搅拌约1.5小时，直至溶液充分混合并呈透明暗红色，最后过滤即获得CoFe2O4前驱体溶液。配制好的CoFe2O4前驱体溶液的浓度为0.3M。
b.配制PZT前驱体溶液称量0.033mol醋酸铅、0.0156mol硝酸锆、0.0144钛酸丁酯和80ml乙二醇甲醚、20ml冰醋酸。配制过程为首先将乙二醇甲醚和冰醋酸混合配成混合溶剂，然后分别将醋酸铅倒入一烧杯中并加入40ml的混合溶剂，将硝酸锆倒入一烧杯中并加入30ml的混合溶剂，将钛酸丁酯倒入一烧杯中并加入余下的混合溶剂，分别用磁力搅拌器在40℃下搅拌直至上述原料完全溶解，然后将上述三烧杯中的溶液相互混合并在45℃下用磁力搅拌器搅拌约1.5小时，直至溶液充分混合并呈透明淡黄色，最后过滤即可获得PZT前驱体溶液。配制好的PZT前驱体溶液的浓度为0.3M。
c.制备复合薄膜根据设定的复合薄膜中CoFe2O4的体积含量为0.5和薄膜厚度360nm，计算得到需要旋涂3层CoFe2O4和3层PZT凝胶薄膜。先将配制好的CoFe2O4前驱体溶液滴到镀铂硅片上，并用匀胶机进行匀胶，制备成凝胶薄膜，匀胶参数控制为500转/分钟下3秒和3200转/分钟下25秒，匀好胶的凝胶薄膜在350℃下进行烘干处理以去除其中的有机物成分而获得一层凝胶薄膜。然后，将CoFe2O4前驱体溶液和PZT前驱体溶液交替滴到上一层的凝胶薄膜上，并重复上述凝胶薄膜的制备过程，直至旋涂完3层CoFe2O4和3层PZT凝胶薄膜。最后，将该复合凝胶薄膜置于氧气氛中，氧气流量控制在2.0升/分钟，在650℃下退火处理5分钟后，快速冷却至室温，即可获得CoFe2O4-PZT复合薄膜。
为了对复合薄膜进行电性能测试，采用激光脉冲淀积(PLD)方法在薄膜表面蒸镀一层厚约100nm的铂电极。
图1～5从几个方面进一步详细说明本发明实施例1中的复合薄膜的技术效果a.CoFe2O4-PZT复合薄膜的X射线衍射(XRD)图谱分析利用X射线衍射对本发明所涉及复合薄膜的相结构进行分析。图1为实施例1中复合薄膜的XRD图谱，由图可见，复合薄膜中的PZT相和CoFe2O4相已经正确形成并呈现出无明显取向的多晶结构。
b.CoFe2O4-PZT复合薄膜的扫描电子显微镜(SEM)图像图2为实施例1中制备的复合薄膜的典型SEM图像。所制备的复合薄膜表面平整，无龟裂，CoFe2O4相以微粒的形式均匀分布在PZT基体中，CoFe2O4微粒的形状接近球形，其平均粒径在200纳米左右。
c.CoFe2O4-PZT复合薄膜的磁滞回线图3所示为实施例1中复合薄膜的磁滞回线，由图可见，样品呈现出良好的铁磁性质。其面内和离面磁滞回线形状基本接近，表明复合薄膜的各向异性不是很明显；其饱和磁距达到了约300emu/cc，而娇顽场则为约0.6kOe。
d.CoFe2O4-PZT复合薄膜的电滞回线图4所示为实施例1中复合薄膜的电滞回线，由图可见，样品呈现出良好的铁电性质。在40MV/m的外加电场下，其饱和极化强度和剩余极化强度分别达到了28μC/cm2和11μC/cm2。在25MV/m的外加电场下，其相对介电常数达到最大值667。
e.CoFe2O4-PZT复合薄膜的磁电效应所制备的复合薄膜呈现出磁电效应。图5所示为实施例1中复合薄膜的磁电电压系数αE在10kHz频率下随偏磁场的变化曲线。由图可见，依据不同的偏磁场大小，复合薄膜呈现出不同的磁电电压系数。在偏磁场为1.2kOe时，复合薄膜具有最大的约50mV/cmOe的磁电电压系数。
实施例20.33CoFe2O4-0.67PZT复合薄膜(1)原料醋酸钴[Co(CH3COO)2·4H2O]，硝酸铁[Fe(NO3)3·9H2O]，醋酸铅[Pb(CH3COO)2·3H2O]、硝酸锆[Zr(NO3)·5H2O]，钛酸丁酯[Ti(C4H9O)4]，乙二醇甲醚，冰醋酸。
衬底选用镀铂硅片(Pt/Ti/SiO2/Si)。
(2)制备工艺a.配制CoFe2O4前驱体溶液称量0.02mol醋酸钴，0.04mol硝酸铁和100ml乙二醇甲醚。配制过程为首先将称量好的醋酸钴和硝酸铁分别放入烧杯中并各加入25ml和40ml的乙二醇甲醚，用磁力搅拌器在45℃下分别搅拌直至完全溶解，然后将上述两烧杯中的溶液相互混合并加入余下的乙二醇甲醚，混合溶液在45℃下用磁力搅拌器搅拌约1.2小时，直至溶液充分混合并呈透明暗红色，最后过滤即获得CoFe2O4前驱体溶液。配制好的CoFe2O4前驱体溶液的浓度为0.2M。
b.配制PZT前驱体溶液称量0.022mol醋酸铅、0.0104mol硝酸锆、0.0096钛酸丁酯和80ml乙二醇甲醚、20ml冰醋酸。配制过程为首先将乙二醇甲醚和冰醋酸混合配成混合溶剂，然后分别将醋酸铅倒入一烧杯中并加入30ml的混合溶剂，将硝酸锆倒入一烧杯中并加入30ml的混合溶剂，将钛酸丁酯倒入一烧杯中并加入余下的混合溶剂，并分别用磁力搅拌器在50℃下搅拌直至上述原料完全溶解，然后将上述三烧杯中的溶液相互混合并在50℃下用磁力搅拌器搅拌约1.2小时，直至溶液充分混合并呈透明淡黄色，最后过滤即可获得PZT前驱体溶液。配制好的PZT前驱体溶液的浓度为0.2M。
c.制备复合薄膜根据复合薄膜中CoFe2O4的体积含量为0.33和薄膜厚度360nm，计算得到需要旋涂2层CoFe2O4和4层PZT凝胶薄膜。将配制好的PZT前驱体溶液滴到镀铂硅片上，并用匀胶机进行匀胶，制备成凝胶薄膜，匀胶参数控制为500转/分钟下4秒和3000转/分钟下30秒，匀好胶的凝胶薄膜在300℃下进行烘干处理以去除其中的有机物成分而获得一层凝胶薄膜。然后，将CoFe2O4前驱体溶液和PZT前驱体溶液交替滴到上一层的凝胶薄膜上，重复上述凝胶薄膜的制备过程，直至旋涂完2层CoFe2O4和4层PZT凝胶薄膜。最后，将该复合凝胶薄膜置于氧气氛中，氧气流量控制在1.5升/分钟，在630℃下退火处理6分钟后，快速冷却至室温，即可获得CoFe2O4-PZT复合薄膜。
采用激光脉冲淀积(PLD)方法在薄膜表面蒸镀一层厚约100nm的铂电极。
实施例30.6CoFe2O4-0.4PZT复合薄膜(1)原料醋酸钴[Co(CH3COO)2·4H2O]，硝酸铁[Fe(NO3)3·9H2O]，醋酸铅[Pb(CH3COO)2·3H2O]、硝酸锆[Zr(NO3)·5H2O]，钛酸丁酯[Ti(C4H9O)4]，乙二醇甲醚，冰醋酸。
衬底选用镀铂硅片(Pt/Ti/SiO2/Si)。
(2)制备工艺a.配制CoFe2O4前驱体溶液称量0.04mol醋酸钴，0.08mol硝酸铁和100ml乙二醇甲醚。配制过程为首先将称量好的醋酸钴和硝酸铁分别放入两烧杯中并各加入30ml和60ml的乙二醇甲醚，用磁力搅拌器在50℃下分别搅拌直至完全溶解，然后将上述两烧杯中的溶液相互混合并加入余下的乙二醇甲醚，混合溶液在50℃下用磁力搅拌器搅拌约2.0小时，直至溶液充分混合并呈透明暗红色，最后过滤即获得CoFe2O4前驱体溶液。配制好的CoFe2O4前驱体溶液的浓度为0.4M。
b.配制PZT前驱体溶液称量0.044mol醋酸铅、0.0208mol硝酸锆、0.0192钛酸丁酯和80ml乙二醇甲醚、20ml冰醋酸。配制过程为首先将乙二醇甲醚和冰醋酸混合配成混合溶剂，然后分别将醋酸铅倒入一烧杯中并加入40ml的混合溶剂，将硝酸锆倒入一烧杯中并加入30ml的混合溶剂，将钛酸丁酯倒入一烧杯中并加入余下的混合溶剂，并分别用磁力搅拌器在45℃下搅拌直至上述原料完全溶解，然后将上述三烧杯中的溶液相互混合并在45℃下用磁力搅拌器搅拌约2.5小时，直至溶液充分混合并呈透明淡黄色，最后过滤即可获得PZT前驱体溶液。配制好的PZT前驱体溶液的浓度为0.4M。
c.制备复合薄膜根据复合薄膜中CoFe2O4的体积含量为0.6和薄膜厚度600nm，计算得到需要旋涂6层CoFe2O4和4层PZT凝胶薄膜。将配制好的PZT前驱体溶液滴到镀铂硅片上，并用匀胶机进行匀胶，制备成凝胶薄膜，匀胶参数控制为600转/分钟下4秒和3500转/分钟下27秒，匀好胶的湿膜在250℃下进行烘干处理以去除其中的有机物成分而获得一层凝胶薄膜。然后，将CoFe2O4前驱体溶液和PZT前驱体溶液交替滴到上一层的凝胶薄膜上，重复上述凝胶薄膜的制备过程，直至旋涂完6层CoFe2O4和4层PZT凝胶薄膜。最后，将该复合凝胶薄膜置于氧气氛中，氧气流量控制在2.5升/分钟，在600℃下退火处理8分钟后，快速冷却至室温，即可获得CoFe2O4-PZT复合薄膜。
为了对复合薄膜进行电性能测试，采用激光脉冲淀积(PLD)方法在薄膜表面蒸镀一层厚约100nm的铂电极。
实施例40.67CoFe2O4-0.33PZT复合薄膜。与实施例1～3基本相同，但是根据复合薄膜中CoFe2O4的体积含量为0.67和薄膜厚度360nm，计算得到需要旋涂4层CoFe2O4和2层PZT凝胶薄膜。
实施例50.2CoFe2O4-0.8PZT复合薄膜。与实施例1～3基本相同，但是根据复合薄膜中CoFe2O4的体积含量为0.2和薄膜厚度300nm，计算得到需要旋涂1层CoFe2O4和4层PZT凝胶薄膜。
实施例60.4CoFe2O4-0.6PZT复合薄膜。与实施例1～3基本相同，但是根据复合薄膜中CoFe2O4的体积含量为0.4和薄膜厚度300nm，计算得到需要旋涂2层CoFe2O4和3层PZT凝胶薄膜。
实施例70.8CoFe2O4-0.2PZT复合薄膜。与实施例1～3基本相同，但是根据复合薄膜中CoFe2O4和PZT的体积含量为0.8和薄膜厚度600nm，计算得到需要旋涂8层CoFe2O4和2层PZT凝胶薄膜。
权利要求
1.一种磁电复合薄膜，其特征在于该复合薄膜由锆钛酸铅铁电基体和均匀分布于其中的铁酸钴磁性颗粒所构成，其中铁酸钴在复合薄膜中的体积含量在20％～80％之间。
2.按照权利要求1所述的磁电复合薄膜，其特征在于所述的铁酸钴颗粒在复合薄膜中的体积含量在40％～60％之间。
3.一种权利要求1所述磁电复合薄膜的溶胶-凝胶制备方法，其步骤如下配制CoFe2O4前驱体溶液将醋酸钴[Co(CH3COO)2·4H2O]、硝酸铁[Fe(NO3)3·9H2O]分别溶解于乙二醇甲醚中后混合，混合溶液的浓度控制在0.2-0.4M之间；配制PZT前驱体溶液将醋酸铅[Pb(CH3COO)2·3H2O]、硝酸锆[Zr(NO3)·5H2O]、钛酸丁酯[Ti(C4H9O)4]分别溶解于乙二醇甲醚和冰醋酸的1∶4体积比的混合溶剂中，然后将三种溶液混合，混合溶液的浓度控制在0.2-0.4M之间；复合薄膜的制备衬底选用镀铂硅片(Pt/Ti/SiO2/Si)。首先，根据设定的复合薄膜中CoFe2O4的体积含量，计算需要旋涂的CoFe2O4和PZT凝胶薄膜的层数；然后，将配制好的CoFe2O4前驱体溶液和PZT前驱体溶液交替旋涂在衬底上并作烘干处理以去除其中的有机物成分，直至获得所需要的CoFe2O4和PZT凝胶薄膜的层数；最后，将该复合凝胶薄膜置于氧气氛中在600-750℃下作退火处理4-8分钟，然后快速冷却至室温，即获得CoFe2O4-PZT复合薄膜。
4.按照权利要求3所述的磁电复合薄膜的溶胶-凝胶制备方法，其特征在于，所述各步骤的具体操作如下配制CoFe2O4前驱体溶液原料采用醋酸钴[Co(CH3COO)2·4H2O]、硝酸铁[Fe(NO3)3·9H2O]和乙二醇甲醚。CoFe2O4前驱体溶液的浓度控制在0.2-0.4M之间。配制的基本过程为首先根据设定的CoFe2O4前驱体溶液的浓度和化学计量比称量好适量的醋酸钴、硝酸铁和乙二醇甲醚，将称量好的醋酸钴和硝酸铁分别溶解于少量的乙二醇甲醚中，然后将这两种溶液混合，并加入余下的乙二醇甲醚，混合溶液在40-60℃下搅拌1-3小时，直至溶液充分混合并呈透明暗红色，最后过滤。配制PZT前驱体溶液原料采用醋酸铅[Pb(CH3COO)2·3H2O]、硝酸锆[Zr(NO3)·5H2O]、钛酸丁酯[Ti(C4H9O)4]、乙二醇甲醚和冰醋酸。PZT前驱体溶液的浓度一般控制在0.2-0.4M之间。配制的基本过程为首先根据设定的PZT前驱体溶液的浓度和化学计量比称量适量的醋酸铅、硝酸锆、钛酸丁酯、冰醋酸和乙二醇甲醚，为了补偿在后退火处理中Pb的挥发，一般在称量时加入10％(摩尔量)过量的醋酸铅。然后将冰醋酸和乙二醇甲醚混合配成混合溶剂(1∶4体积比)，并将称量好的醋酸铅、硝酸锆和钛酸丁酯分别溶解于少量的上述混合溶剂中，最后将这三种溶液混合，并在40-60℃下搅拌1-3小时，直至溶液充分混合并呈透明淡黄色，最后过滤。复合薄膜的制备衬底选用镀铂硅片(Pt/Ti/SiO2/Si)。首先，根据设定的复合薄膜中CoFe2O4的体积含量和薄膜厚度，计算需要旋涂的CoFe2O4和PZT凝胶薄膜的层数。然后，将配制好的CoFe2O4前驱体溶液或PZT前驱体溶液滴到衬底上，并用匀胶机进行匀胶，制备成一层凝胶薄膜，匀胶机的转速控制在500-3500转/分钟；匀好胶的凝胶薄膜在250-400℃下进行烘干处理，以去除其中的有机物成分。随后，将CoFe2O4前驱体溶液和PZT前驱体溶液交替滴到上一层的凝胶薄膜上，并重复上述凝胶薄膜的制备过程，直至获得所需要的CoFe2O4和PZT凝胶薄膜的层数。最后，将该复合凝胶薄膜置于氧气氛中，氧气流量控制在1.5-3.5升/分钟，并在600-750℃下进行退火处理4-8分钟，然后快速冷却至室温，即可获得CoFe2O4-PZT复合薄膜。
5.按照权利要求3或4所述的磁电复合薄膜的溶胶-凝胶制备方法，其特征在于，还设有以下步骤采用激光脉冲淀积方法在复合薄膜表面蒸镀一层厚约100nm的铂电极。
全文摘要
磁电复合薄膜由锆钛酸铅铁电基体和均匀分布于其中的铁酸钴磁性颗粒所构成，其中铁酸钴颗粒在复合薄膜中的体积含量在20％～80％之间。该复合薄膜具有良好的铁电性和铁磁性，并具有磁电效应。铁酸钴颗粒在复合薄膜中的优化比例在40％～60％之间。在制备复合薄膜时，可通过在衬底上交替旋涂不同层数的锆钛酸铅和铁酸钴凝胶薄膜，以得到上述不同的铁酸钴体积含量；在高温退火处理过程中，由于锆钛酸铅铁电体层和铁酸钴层相互渗透并自发聚集，复合薄膜将形成连续的锆钛酸铅铁电基体相和均匀分布于其中的铁酸钴颗粒磁性体相。复合薄膜随铁酸钴体积含量的不同，可以表现出不同的磁电效应。本发明还提供了制备这种磁电复合薄膜的具体方法。
文档编号C04B35/26GK1597612SQ20041004172
公开日2005年3月23日 申请日期2004年8月19日 优先权日2004年8月19日
发明者万建国, 刘俊明, 曾敏, 王广厚 申请人:南京大学