铁电纳米链的制备方法

文档序号:9372316
铁电纳米链的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铁电材料技术领域,特别是涉及一种铁电纳米链的制备方法。
【背景技术】
[0002]能源危机是当前世界各国面临的重大难题,开发可再生能源是缓解该问题的有效途径。在众多可再生能源中,太阳能因其具有资源丰富、分布广泛、清洁干净等优点而备受青睐。光伏发电是开发太阳能的一种主要形式,其原理是利用光生伏特效应制成光伏电池,将太阳的光能转换成电能。光伏电池主要分为硅、铜铟砸、砷化镓、碲化镉以及聚合物光伏电池等。现有工业生产的薄膜太阳能电池存在转换效率低、稳定性差、生产成本比较高等缺点。要想改变以上缺点,可以通过提高薄膜的制备工艺和技术参数,或者提高光的利用效率。第一种方法面临研发周期长、成本高、技术困难等问题,因此,提高光的利用效率是提高转换效率的重要手段,显得十分必要。要想提高太阳光的利用率,可以通过提高薄膜对太阳光的吸收率,而增加薄膜的厚度可以做到这点。但是,薄膜厚度越厚,势必会降低太阳能电池的稳定性,同时也会增加光生载流子的复合率,降低转换效率。由于纳米线(纳米链)具有一系列薄膜所不具备的性质,例如其具有对光高的吸收率、低的复合率,此外在纳米线(纳米链)的一端具有较强的电场(类似于针尖附近的电场),因此对光生载流子具有较高的搜集效率。因此制备出高质量的、具备特定的织构、较低的缺陷、较高的纯度(高的主相比例)的纳米线(纳米链)是提高太阳能电池光电转换效率的有效手段。因此,如何制备出具有特定织构、高纯度的太阳能电池用的纳米线(纳米链)就显得十分必要。
[0003]目前纳米线及其制备方法的不足之处:
[0004]目前制备纳米线的方法主要包水热法,电化学法,溶胶-凝胶法,直接沉淀法,气相沉积法。不管哪种方法,都很难获得具有特定取向的纳米线,而且制备过程比较复杂。

【发明内容】

[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种具有特定取向的铁电纳米链的制备方法。
[0006]本发明的目的是这样实现的
[0007]—种铁电纳米链的制备方法,该方法按以下步骤进行:
[0008]步骤I)制备容器
[0009]取耐高温材料制成的基片,在基片的边缘固定围壁,得到容器,所述围壁的燃烧/分解温度低于铁电材料的燃烧/分解温度;
[0010]步骤2)制备铁电性液体
[0011]取铁电纳米微粒、亲油性表面活性剂、油性基液,并将三者均匀混合,得到铁电性液体,将铁电性液体加入容器中;
[0012]步骤3)制备铁电纳米链
[0013]对容器施加电场,得到沿着电场方向的铁电纳米链,施加电场的同时烘烤容器,烘干油性基液、亲油性表面活性剂之后煅烧容器,燃烧/分解掉容器的围壁后,得到铁电纳米链。
[0014]为了便于测量铁电纳米链的电学性质,优选地,步骤I)中,所述基片采用导电材料制成;或者,所述基片采用绝缘材料制成,然后在基片上制备下电极。
[0015]为了在较低的温度下燃烧掉围壁,优选地,步骤I)中,所述围壁的材料采用塑料。
[0016]为了便利地将围壁固定在基片上,优选地,步骤I)中,所述围壁粘接固定在基片上。
[0017]为了保证基液在烘烤时不会燃烧,优选地,步骤2)中,所述油性基液为硅油、十二烷基苯、聚丁烯油中的至少一种。
[0018]为了保证表面活性剂的亲油性能,优选地,步骤2)中,所述亲油性表面活性剂为油酸。
[0019]为了将铁电纳米微粒、亲油性表面活性剂、油性基液均匀混合,优选地,步骤2)中,铁电纳米微粒、亲油性表面活性剂、油性基液的混合方法为:首先,将铁电纳米微粒与亲油性表面活性剂均匀混合,然后,将铁电纳米微粒、亲油性表面活性剂的混合物加入油性基液中,然后,将铁电纳米微粒、亲油性表面活性剂、油性基液的混合物装进密封瓶内,最后,将密封瓶放在摇床上进行摇动,使铁电纳米微粒均匀的分散到油性基液中。
[0020]为了方便对容器施加电场,优选地,步骤3)中,在围壁上涂覆导电材料,用于施加电场。
[0021]为了保证电场的均匀程度,优选地,所述容器为长方体结构,所述导电材料涂覆于容器的两个对称侧壁上。
[0022]为了方便烧蚀掉围壁,优选地,步骤3)中,烘干油性基液、亲油性表面活性剂之后去掉电场,然后煅烧容器。
[0023]由于采用了上述技术方案,本发明具有如下有益效果:
[0024]1、制备方法简单,只需要将具有铁电性的微粒分散在一定的基液里面,形成铁电性液体。对铁电性液体施加电场使得铁电微粒形成链状。
[0025]2、在电场作用下,具有铁电性的微粒能够发生转动,而且由于在液体中,所以其矫顽电场会比较小,由于布朗运动,在电场下的转向更容易。在固体中需要施加相对较大的电场才能让改变极化方向,电场太大容易造成样品被击穿。
[0026]3、在电场作用下,固态铁电材料中电畴的取向只能沿着接近于电场方向的某些取向,并不一定沿着电场方向,而对于铁电性液体而言,由于铁电微粒可以在液体中自由转动,因此其电畴的取向可以完全沿着电场方向。
[0027]4、通过改变电场的大小、方向、梯度大小,就可以很容易的调控铁电纳米链的长短粗细。
【附图说明】
[0028]图1为本发明实施例步骤I)第2步的示意图;
[0029]图2为本发明实施例步骤2)第2步的示意图;
[0030]图3为本发明实施例步骤3)第I步的示意图;
[0031]图4为本发明实施例步骤3)第2步的示意图;
[0032]图5为BLFO粉末的XRD图谱;
[0033]图6为BLFO粉末的透射电镜图;
[0034]图7为BLFO铁电纳米链的扫描电镜图。
[0035]附图中,I为下电极,2为围壁,3为铁电纳米微粒,4为基液,5为铁电纳米链,6为导电材料。
【具体实施方式】
[0036]实施例
[0037]步骤I)制备容器
[0038]第I步:电极的制备:
[0039]制备下电极,只是为了测量铁电纳米链的电学性质,如果仅仅是制备出纳米链的话,可以不用电极。又或者,不用制备下电极,导电的基片也可以起下电极的作用。
[0040]以脉冲激光沉积法为例,也可以是其它方法,例如磁控溅射、溶胶-凝胶法等。以La0.7Sr0.3Μη03作为下电极为例,也可以采用其它材料,例如导电氧化物ΙΤ0,La 0.5Sr0.50)03等或者金属,Au,Pt,Ag等。首先在SrT13基片(当然也可以是其它类型的基片,硅片、玻璃等)分别在丙酮、酒精中用超声波进行清洗,晾干;用砂纸将基片台进行打磨,并清洗干净,将晾干的基片用导热银胶粘在基片台上,然后根据所需要电极的形状、大小、个数用相应的掩膜版挡住基片。晾干后放入腔体中加热台上,开始抽真空。待气压抽到10 4Pa时,开始加热基片台。注意应缓慢加热,一般加热到700°C需要90分钟左右。达到目标温度后,用挡板将基片挡住,并通入所需气体到一定压强。设定激光的能量和频率参数,进行预溅射以去掉Laa7Sra3MnO3薄膜(这里以Laa7Sra3MnO3:简写为LSMO为例作为测量光伏效应的下电极,也可以选择其他导电薄膜)表面的污物,使薄膜露出新鲜的表面,预溅射时间一般为2?5分钟;预溅射过程中,调整激光光路、靶距等参数,以使羽辉末端与基片台相切。转动基片台及薄膜,并使激光在X、Y方向来回扫描;待温度、气压稳定之后,移开挡板,进行沉积。根据所需的薄膜厚度选择合适的沉积时间,沉积结束之后,按照需要充入一定的气体并缓慢降温。
[0041]第2步:容器的制备。如图1所示,将制备好电极的基片通过AB胶、502胶水等,从四周用有机物薄片(或
再多了解一些
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