一种钼酸铋基透明铁电发光薄膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及功能薄膜材料领域，具体地，涉及一种钼酸铋基透明铁电发光薄膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]铁电薄膜是将铁电块体材料制备成纳米厚度的薄膜材料，其具备铁电块体材料的物理性质，如铁电特性、介电特性、压电特性、热释电特性等，从而在微电子器件、微型机械、传感器等领域具有较好的应用价值。
[0003]铁电发光薄膜，是同时具备铁电特性和光致发光特性的铁电薄膜，其在微纳光电子材料与器件领域具有重要的应用价值。
[0004]目前，已经研究开发的铁电发光薄膜有稀土掺杂钛酸铋(BiLn)4Ti3012、稀土掺杂钛酸钡(BaLn) Ti03、稀土掺杂钒酸铋(BiLn) 2VO5.5等体系，其中Ln是稀土元素。
[0005]探究不同的铁电材料作为基质，开发新型铁电发光薄膜，可以拓展该类材料的应用领域，满足不同条件下的应用需求。迄今为止，尚无采用Bi2Mo06作为透明铁电发光薄膜基质材料的报道。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本发明提供了一种钼酸铋基透明铁电发光薄膜。该薄膜采用Bi2Mo06作为基质，通过掺杂稀土离子Eu、P;r、E;r、Tm或Yb等得到了一种既保持钼酸祕薄膜的铁电性能，又具有光致发光特性的薄膜。
[0007]本发明的另一目的在于提供上述钼酸铋基透明铁电发光薄膜的制备方法。
[0008]本发明的上述目的是通过以下技术方案予以实现的。
[0009]—种钼酸铋基透明铁电发光薄膜，以Bi2Mo06为基质掺杂稀土元素，其化学组成为(B i 2-xLnx )Μοθ6，其中 Ln 是稀土元素 Eu、Pr、Er、Tm 或 Yb 中的一种，式中 0〈x<0.50。
[0010]现有技术中有采用钛酸铋BidisOu、钛酸钡BaTi03或钛酸铋钡BaBi4Ti4015为基质掺杂稀土离子的铁电薄膜;本发明以Bi2Mo06为基质，所得薄膜的光致发光强度明显高于相同稀土元素掺杂量的钛酸盐铁电薄膜。
[0011]优选地，发光薄膜(Bi2—xLnx)Mo06的厚度为100?1000 nm，厚度越厚，发光强度越强；
X越大发光强度越强。
[0012]本发明还提供上述一种钼酸铋基透明铁电发光薄膜的制备方法，包括如下步骤:
51.将钼酸铵或乙酰丙酮钼溶于溶剂中，经加热、混匀、降温后，得到前驱体溶液A;
52.将硝酸铋、稀土硝酸盐溶于溶剂中，加入稳定剂，得到前驱体溶液B;
53.将前驱体溶液A和B混匀、陈化，得到前驱体溶液C;
54.将前驱液溶液C旋涂在衬底上，再烘烤，然后将薄膜进行退火处理，冷却后取出，SP得到所述钼酸铋基透明铁电发光薄膜；
其中，S2所述稀土硝酸盐为Eu3+、Pr3+、Er3+、Tm3+或Yb3+的硝酸盐。
[0013]优选地，步骤S1所述溶剂为乙二醇。
[0014]优选地，步骤S1所述加热的温度为50°C。
[0015]优选地，步骤S2所述溶剂为乙二醇甲醚和冰醋酸的混合液，稳定剂为乙酰丙酮。优选地，乙二醇甲醚和冰醋酸的体积比在0.5?2之间。更优选地，乙二醇甲醚和冰醋酸的体积比为2:1。
[0016]优选地，步骤S3所述前驱体溶液C的浓度为0.05?0.20 mol/L。
[0017]优选地，步骤S3所述陈化的时间为24h。
[0018]优选地，步骤S4所述的旋涂是采用旋转涂覆法，旋涂速度为2000?4000转/分，时间为20?40秒。
[0019]优选地，步骤S4所述的衬底为ΙΤ0导电玻璃、FT0导电玻璃、石英玻璃、硅片、氧化硅衬底、铂衬底、蓝宝石衬底、钛酸锶单晶衬底、钛酸锶掺铌单晶衬底、氯化钠透明衬底或氧化镁透明衬底。
[0020]优选地，步骤S4所述的退火处理指在空气或氧气气氛下灼烧，退火处理的温度为550?750°C，时间为1?3小时。
[0021 ] 优选地，S4所述烘烤的时间为2?5min，温度为200~300°C。
[0022]根据所需要铁电发光薄膜的厚度，优选地，将S4所述旋涂和烘烤重复若干次。更优选地，将S4所述旋涂和烘烤重复4?12次。
[0023]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:本发明所述的钼酸铋基透明铁电发光薄膜既保持钼酸铋薄膜的铁电性能，又具有良好的光致发光特性，经紫外光或980 nm激光激发，薄膜可发出可见光，肉眼可见。
【附图说明】
[0024]图1为实施例2在石英衬底上，钼酸铋基铁电发光薄膜(BinEu0.1dMoOs的X射线衍射图谱(掠射)。
[0025]图2为实施例2在石英衬底上，钼酸铋基铁电发光薄膜(BinEu0.1dMoOs的发射光
4並L曰。
[0026]图3为实施例2在石英衬底上，钼酸铋基铁电发光薄膜(BinEu0.1dMoOs的透射谱。
[0027]图4为实施例9在ΙΤ0衬底上，钼酸铋基铁电发光薄膜(BinEu0.1dMoOs的电滞回线。
【具体实施方式】
[0028]下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
[0029]实施例1
本实施例提供一种钼酸铋基透明铁电发光薄膜，其化学组成为(Bi^Eu0.KOMoOs，上述铁电发光薄膜按如下步骤制备得到:
S1.称取0.9785g乙酰丙酮钼CkjHmMoOs溶于乙二醇中，加热到50°C，搅拌2小时，降至室温，得到前驱体溶液A; 52.称取2.7651g硝酸铋Bi(N03)3.5H20，0.1338g硝酸铕Eu(N03)3.6H20，溶于乙二醇甲醚和冰醋酸体积比为2:1的混合液中，加入1.2013g稳定剂乙酰丙酮C5H802，得到前驱体溶液B;
53.将前驱体溶液A和B混合，搅拌2小时，陈化24小时，得到前驱体溶液C，调节溶液浓度为0.10 mol/L；
54.将前驱体溶液C旋涂在IT0(氧化铟锡)导电玻璃衬底上，旋涂速度为2000转/分，时间为20秒，烘烤3分钟，重复旋涂、烘烤4次，最后将薄膜置于高温炉中，在空气中进行退火处理，退火温度为550°C，退火时间为1小时，冷却后取出，即可得到组分为(BiuoEu0.KOMoOs的透明铁电发光薄膜。
[0030]薄膜物相结构为Bi2Mo06，没有其他物相生成。薄膜经360nm紫外光激发，可发出峰位位于595 nm的橙光和617 nm的红光，肉眼清晰可见。薄膜在可见光区的透过率在60 %~90%之间，肉眼观察为透明薄膜。薄膜的铁电剩余极化强度约为0.50 yC/cm2，矫顽场约为90kV/cm。
[0031]实施例2
本实施例提供一种钼酸铋基透明铁电发光薄膜，其化学组成为(Bi^EuudMoOs，上述铁电发光薄膜按如下步骤制备得到:
51.称取乙酰丙酮钼CkjHwMoOm0.9785g溶于乙二醇中，加热到50°C，搅拌2小时，降至室温，得到前驱体溶液A;
52.称取硝酸铋Bi(N03)3.5H20:2.6923g，硝酸铕Eu(N03)3.6H20:0.2007g，溶于乙二醇甲醚和冰醋酸体积比为2:1的混合液中，加入稳定剂乙酰丙酮C5H802:1.2013g，得到前驱体溶液B;
53.将前驱体溶液A和B混合，搅拌2小时，陈化24小时，得到前驱体溶液C，调节溶液浓度为0.10 mol/L；
54.将前驱液C旋涂在石英衬底上，旋涂速度为2500转/分，时间为30秒，烘烤3分钟，重复旋涂、250°C烘烤6次，最后将薄膜至于高温炉中，在空气中进行退火处理，退火温度为550°C，退火时间为1小时，冷却后取出，即可得到组分为(BinEu0.dMoOs的透明铁电发光薄膜。
[0032]如图1?3所示，薄膜物相结构为Bi2Mo06，没有其他物相生成。薄膜经360nm紫外光激发，可发出峰位位于595 nm的橙光和617 nm的红光，肉眼清晰可见。薄膜在可见光区的透过率在60 %~90 %之间，肉眼观察为透明薄膜。
[0033]实施例3
本实施例提供一种钼酸铋基透明铁电发光薄膜，其化学组成为(BiuoEu0.sdMoOs，上述铁电发光薄膜按如下步骤制备得到:
51.称取乙酰丙酮钼CkjHwMoOm0.9785g溶于乙二醇中，加热到50°C，搅拌2小时，降至室温，得到前驱体溶液A;
52.称取硝酸铋Bi(N03)3.5H20:2.6195g，硝酸铕Eu(N03)3.6H20:0.2676g，溶于乙二醇甲醚和冰醋酸体积比为2:1的混合液中，加入稳定剂乙酰丙酮C5H802:1.2013g，得到前驱体溶液B;
53.将前驱体溶液A和B混合，搅拌2小时，陈化24小时，得到前驱体溶液C，调节溶液浓度为0.10 mol/L；
S4.将前驱液C旋涂在FTO导电玻璃衬底上，旋涂速度为3000转/分，时间为30秒，280°C烘烤3分钟，重复旋涂、烘烤8次，最后将薄膜至于高温炉中，在氧气气氛中进行退火处理，退火温度为700°C，退火时间为3小时，冷却后取出，即可得到组分为(BiuoEu0.^MoOs的透明铁电发光薄膜。
[0034]薄膜物相结构为Bi2Mo06，没有其他物相生成。薄膜经360nm紫外光激发，可发出峰位位于595 nm的橙光和617 nm的红光，肉眼清晰可见。薄膜在可见光区的透过率在60 %~90%之间，肉眼观察为透明薄膜。
[0035]实施例4
本实施例提供一种钼酸铋基透明铁电发光薄膜，其化学组成为(Bi^Pr0.KOMoOs，上述铁电发光薄膜按如下步骤制备得到:
51.称取0.9785g乙酰丙酮钼CkjHmMoOs溶于乙二醇中，加热到50°C，搅拌2小时，降至室温，得到前驱体溶液A;
52.称取2.7651g硝酸铋Bi(N03)3.5H20，0.1305g硝酸镨Pr(N03)3.6H20，溶于乙二醇甲醚和冰醋酸体积比为2:1的混合液中，加入1.2013g稳定剂乙酰丙酮C5H802，得到前驱体溶液B;
53.将前驱体溶液A和B混合，搅拌2小时，陈化24小时，得到前驱体溶液C，调节溶液浓度为0.10 mol/L；
54.将前驱液C旋涂在氧化硅衬底上，旋涂速度为3500转/分，时间为30秒，200°C烘烤3分钟，重复旋涂、烘烤8次，最后将薄膜至于高温炉中，在空气中进行退火处理，退火温度为750°C，退火时间为1小时，冷却后取出，即可得到组分为(BinPr0.WMoOs的透明铁电发光薄膜。
[0036]薄膜物相结构为Bi2Mo06，没有其他物相生成。薄膜经360nm紫外光激发，可发出峰位位于611 nm的红光，肉眼清晰可见。
[0037]实施例5
本实施例提供一种钼酸铋基透明铁电发光薄膜，