多元柔性介电电容器及其制备方法

1.本发明涉及介电电容器技术领域，特别涉及一种多元柔性介电电容器及其制备方法。


背景技术：

2.介电电容器因其在极短的放电过程中产生较高的功率密度而引起了人们对其进行储能的深入研究，且其广泛应用在现代电力电子和脉冲电源设备中，例如高频逆变器、混合动力电动汽车等。然而，与燃料电池、电池、超级电容器等其他储能器件相比，介电电容器的能量密度低得多，仍然限制了其广泛应用，需要有有效的方法进一步提高其储能性能。
3.随着人工智能和物联网的快速发展，特别是电子设备需要更加灵活和紧凑是一个不争的事实。而目前，铁电通常具有较大的饱和极化，但由于较大的剩余极化和较低的击穿场强，其储能性能一般较差。而线性介电具有较高的储能效率和击穿场强，但其较小的极化导致较低的储能密度。因此，如何得到一种基于柔性支撑材料的高储能性能的介电电容器成为亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是提供一种多元柔性介电电容器，旨在通过结合铁电和线性介电的优势，可以在饱和极化和剩余极化差异较大的情况下，在增强击穿场强的同时，实现较高的储能性能。
5.为实现上述目的，本发明提出的多元柔性介电电容器包括：
6.柔性衬底层；
7.底电极层，所述底电极层形成于所述柔性衬底层；
8.多元介电层，所述多元介电层形成于所述底电极层；及
9.顶电极层，所述顶电极层形成于所述多元介电层。
10.可选的实施例中，所述柔性衬底层为柔性云母衬底，所述多元柔性介电电容器还包括缓冲层，所述缓冲层形成于所述柔性衬底层，所述底电极层形成于所述缓冲层。
11.可选的实施例中，所述缓冲层由co、fe和o元素组成。
12.可选的实施例中，所述缓冲层的材料为cofe
x
o4(x＝1,2)。
13.可选的实施例中，所述底电极层和顶电极层由sr、ru和o或由in、sn和o元素组成。
14.可选的实施例中，所述底电极层为sro、ito或ysz薄膜中的一者；顶电极层为sro、ito或ysz薄膜中的一者。
15.可选的实施例中，所述多元介电层为二元a1a2介电层或三元b1b2b3介电层；
16.所述二元a1a2介电层的a1层由pb、la、zr、ti和o元素组成，a2层由ba、ti和o，或由sr、ti和o元素组成；
17.所述三元b1b2b3介电层的b1层由pb、la、zr、ti和o元素组成，b2层由ba、ti和o元素组成，b3层由sr、ti和o元素组成。
18.可选的实施例中，所述二元a1a2介电层为plzt/bto或plzt/sto，其中a1层的plzt化学式为(pb
1-x
,la
x
)(zr
1-y
,tiy)o3(x＝0～0.15；y＝0～0.2)，a2层的bto化学式为batio3，sto化学式为srtio3。
19.且/或，所述三元b1b2b3介电层为plzt/bto/sto，其中b1层的plzt化学式为(pb
1-z
,laz)(zr
1-w
,tiw)o3(z＝0～0.15；w＝0～0.2)，b2层的bto化学式为batio3，b3层的sto化学式为srtio3。
20.本发明还提出了一种多元柔性介电电容器的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
21.提供柔性衬底层，对其进行前处理并固定；
22.通过脉冲激光沉积系统在所述柔性衬底层上依次沉积底电极层、多元介电层和顶电极层；
23.进行冷处理，获得多元柔性介电电容器。
24.可选的实施例中，所述提供柔性衬底层，对其进行前处理并固定的步骤具体为：
25.使用氮气喷枪对所述柔性衬底层进行喷洗，清除表面灰尘及杂质；
26.利用高温银浆将其粘结于脉冲激光沉积系统的生长腔器的主靶位的正上方。
27.可选的实施例中，所述柔性衬底层为柔性云母衬底，在沉积所述底电极层之前，还包括：
28.通过脉冲激光沉积系统在所述柔性衬底层上沉积缓冲层；
29.再于所述缓冲层上依次沉积底电极层、多元介电层和顶电极层。
30.可选的实施例中，所述缓冲层为cofe
x
o4(x＝1,2)薄膜；
31.沉积缓冲层的具体参数包括：沉积腔真空度小于等于5
×
10-5
pa，沉积温度为610℃～660℃，氧分压为30mtorr～55mtorr，激光能量为280mj～300mj，脉冲激光频率为5hz～10hz，沉积温度速率为15℃/min～30℃/min，激光焦距为-15mm～5mm，沉积速率为1nm/min～5nm/min。
32.可选的实施例中，所述底电极层为sro、ito和ysz薄膜的一种；所述顶电极层为sro、ito和ysz薄膜的一种；
33.沉积所述底电极层和沉积所述顶电极层的具体参数均包括：沉积腔真空度小于等于9
×
10-5
pa，沉积温度为630℃～750℃，氧分压为65mtorr～105mtorr，激光能量为280mj～320mj，脉冲激光频率为2hz～10hz，沉积温度速率为1℃/min～20℃/min，激光焦距为-15mm～15mm，沉积速率为1nm/min～10nm/min，沉积所述底电极层和沉积所述顶电极层的具体参数值相同或不同。
34.可选的实施例中，所述多元介电层为二元plzt/bto(或sto)或三元plzt/bto/sto层状介电薄膜；
35.沉积所述多元介电层的具体参数包括：沉积腔真空度小于等于5
×
10-7
pa，沉积温度为600℃～650℃，氧分压为175mtorr～205mtorr，激光能量为300mj～320mj，脉冲激光频率为5hz～10hz，沉积温度速率为15℃/min～20℃/min，激光焦距为-10mm～10mm，沉积速率为2nm/min～5nm/min。
36.可选的实施例中，所述多元介电层为二元plzt/bto(或sto)，沉积所述二元plzt/bto(或sto)的步骤为：
37.a1.将plzt靶材和bto(或sto)靶材放置于脉冲激光沉积系统中，并将沉积对象与靶材之间的距离设置为50～80cm；
38.b1.将plzt靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击plzt靶材，激光发数设置为70发～100发；
39.c1.迅速将bto(或sto)靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击bto(或sto)靶材，激光发数设置为5发～20发；
40.d1.重复上述步骤b1和c1的过程220～250次。
41.可选的实施例中，三元plzt/bto/sto层状介电薄膜的沉积具体步骤如下：
42.a2.将plzt靶材、bto靶材和sto靶材放置于脉冲激光沉积系统中，并将沉积对象与靶材之间的距离设置为55cm～70cm；
43.b2.将plzt靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击plzt靶材，激光发数设置为80～95发；
44.c2.迅速将bto靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击bto靶材，激光发数设置为5～20发；
45.d2.迅速将sto靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击sto靶材，激光发数设置为10～30发；
46.e2.重复循环步骤b2～d2的过程230～255次。
47.可选的实施例中，所述进行冷处理的步骤具体为：
48.在温度为630℃～750℃、氧分压为65mtorr～105mtorr的氛围下放置15min～30min；
49.以15℃/min～25℃/min的降温速度缓慢冷却到室温。
50.本发明的技术方案中，具有以下有益技术效果：
51.(1)本发明的多元柔性介电电容器包括柔性衬底层和设于所述柔性衬底层底电极层、多元介电层及顶电极层，使得具有柔性介电薄膜晶体的结构，以上下电极为导电结构的前提，以多元介电层作为功能层，构建多元柔性介电电容器，为新一代能量存储的结构设计提供了新思路。
52.(2)本发明的多元柔性介电电容器通过多元介电层的设置，能够集多元结构的不同优势，与单元介电电容器相比提升了87.5％的最大击穿场强；不仅实现了更高的击穿场强和更细长的电滞回线，而且还具有更大的极化差值，有效提升了该电容器的储能性能，有望为电容器等能量存储设备的性能提升做出巨大贡献。
附图说明
53.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
54.图1为本发明多元柔性介电电容器一实施例的结构示意图；
55.图2为本发明多元柔性介电电容器另一实施例的结构示意图；
56.图3为本发明多元柔性介电电容器又一实施例的结构示意图；
57.图4为本发明多元柔性介电电容器的制备方法一实施例的流程图；
58.图5为本发明多元柔性介电电容器的制备方法另一实施例的流程图；
59.图6为本发明多元柔性介电电容器的制备方法再一实施例的流程图；
60.图7为本发明多元柔性介电电容器的制备方法又一实施例的流程图；
61.图8为对比实施例的单元plzt柔性介电电容器的极化强度-电压图；
62.图9为本发明实施例1-2的二元plzt/bto柔性介电电容器的极化强度-电压图；
63.图10为本发明实施例3的二元plzt/sto柔性介电电容器的极化强度-电压图；
64.图11为本发明实施例4-7的三元plzt/bto/sto柔性介电电容器的极化强度-电压图；
65.图12为本发明所有实施例柔性介电电容器的透射电子显微镜图及各元素分布图；
66.图13为本发明所有实施例柔性介电电容器的储能性能图。
67.附图标号说明：
68.1、多元柔性介电电容器；11、柔性衬底层；12、缓冲层；13、底电极层；14、多元介电层；15、顶电极层。
69.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
70.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
71.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
72.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
73.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
74.本发明提出了一种多元柔性介电电容器及其制备方法。通过多元柔性介电电容器的多元介电层的设置，能够同时提升现有介电质所不能同时具备的较大饱和极化和较大的击穿场强，可以在饱和极化和剩余极化差异较大的情况下，增强击穿场强，实现较高的储能性能。
75.请参照图1，在本发明一实施例中，多元柔性介电电容器11包括：
76.柔性衬底层11；
77.底电极层13，所述底电极层13形成于所述缓冲层12；
78.多元介电层14，所述多元介电层14形成于所述底电极层13；及
79.顶电极层15，所述顶电极层15形成于所述多元介电层14。
80.本实施例中，柔性衬底层11用于为各个膜层提供必要的机械柔性、弯曲等功能，此处，并不限定柔性衬底层11的材料，可以是具有稳定性能的薄膜结构材料均可，且具有相对较薄的厚度和一定的柔性可弯折，例如，钙钛矿类材料，或是柔性云母等。主要提供底电极层13和顶电极层15的作用是实现电容器的导电检测性能，故而其具有良好的导电性，具体的材料不限定，且两者的材料可以相同，也可以不相同，根据需要进行设定。具体的材料可以为导电的钙钛矿类材料，例如，srruo3(sro)等，或ito等。多元介电层14则为功能膜层，其为多层膜层结构，且多层膜层之间的介电性能不同。例如，除了具有铁电性能的膜层，还增加其他结构类的膜层，例如线性介电性能的膜层，此处并不限定多层膜层结构中的膜层类型和层数。
81.本发明的技术方案中，具有以下有益技术效果：
82.(1)本发明的多元柔性介电电容器1包括柔性衬底层11和设于所述柔性衬底层11底电极层13、多元介电层14及顶电极层15，使得具有柔性介电薄膜晶体的结构，以上下电极为导电结构的前提，以多元介电层14作为功能层，构建多元柔性介电电容器1，为新一代能量存储的结构设计提供了新思路。
83.(2)本发明的多元柔性介电电容器1通过多元介电层14的设置，能够集多元结构的不同优势，不仅实现了更高的击穿场强和更细长的电滞回线，而且还具有更大的极化差值，有效提升了该电容器的储能性能，有望为电容器等能量存储设备的性能提升做出巨大贡献。
84.请参照图2，在本发明一实施例中，多元柔性介电电容器包括：
85.柔性衬底层11，柔性衬底层11为云母衬底；
86.缓冲层12，所述缓冲层12形成于所述柔性衬底层11；
87.底电极层13，所述底电极层13形成于所述缓冲层12；
88.多元介电层14，所述多元介电层14形成于所述底电极层13；及
89.顶电极层15，所述顶电极层15形成于所述多元介电层14。
90.本实施例中，柔性衬底层11用于为各个膜层提供必要的机械柔性、弯曲等功能，此处，并不限定柔性衬底层11的材料，可以是具有稳定性能的薄膜结构材料均可，且具有相对较薄的厚度和一定的柔性可弯折，例如，钙钛矿类材料，或是柔性云母等。因二维层状结构云母具有原子表面光滑、热稳定性好、化学惰性好、机械柔韧性好等独特优点，故而作为柔性衬底的材料时可以使得电容器具有更好的结构稳定性，并方便于其表面生长成型。因柔性云母本身具有范德华力，缓冲层12形成于柔性衬底层11上，可以对该范德华力提供一定的缓冲作用，从而可以在其表面生长的膜层更加平滑，导电性能更好。
91.于其他实施例中，柔性衬底层11还可以是柔性有机衬底或柔性sto衬底。
92.可选的实施例中，所述缓冲层12由co、fe和o元素组成。
93.可以理解的，包含有co、fe和o元素的化合物是一种磁性材料，具有高饱和磁化强度和磁晶各向异性，良好的化学稳定性和催化特性，并具有高磁导率，磁损耗小的特性。本实施例中，选择包含有co、fe和o元素的缓冲层12，在减小衬底本身的范德华应力的同时，可以提升该多元柔性介电电容器的结构稳定性和铁电性能。此处，不限定三种元素中的成分比例，可以根据实际情况进行设定。或者，该缓冲层12内还可以少量掺杂其他元素。
94.可选的实施例中，所述缓冲层12的材料为cofe
x
o4(x＝1,2)。
95.cofe
x
o4(x＝1,2)即为cofeo4和cofe2o4，该类薄膜具有较高的矫顽力、磁化强度、磁晶各向异性、化学稳定性和耐磨损性能，因此，本实施例中，设定缓冲层12材料为cofe
x
o4(x＝1,2)，能够显著减缓衬底的应力，并提升膜层生长质量。
96.可选的实施例中，所述底电极层13和顶电极层15的元素由sr、ru和o或由in、sn和o元素组成。
97.本实施例中，由sr、ru和o或由in、sn和o元素组成的化合物的导电性能较为优良，故可以提升底电极层13和顶电极层15的导电性能，从而保证该多元柔性介电电容器具有较好的导电质量和储电灵敏度。此处，不限定上述元素组成的化合物的成分比例，或者，也可以仅通过其中的三种元素作为电极层的材料。
98.可选的实施例中，所述底电极层13为sro、ito或ysz薄膜中的一者，顶电极层15为sro、ito或ysz薄膜中的一者。
99.本实施例中，选择底电极层13为srruo3(sro)材料，具有较好的导电性能，并且是4d过渡金属氧化物中唯一既具有铁磁性又具有金属导电特性的物质。同时，其具有较大的垂直剩余磁化强度、较高的电导率、较好的化学稳定性，能够显著提高该多元柔性介电电容器的铁电性能和导电性。同理的，底电极层13还可以是ito(in2o3
·
sno2)或ysz(掺入钇(y)的氧化锆(zro2))，具有良好的导电性能，方便多元柔性介电电容器的加工与测试，提高多元柔性介电电容器的应用性能。顶电极层15的材料可与底电极层13的材料相同，也可以是与底电极层13的材料不同，为sro、ito或ysz薄膜中的一者。
100.请参照图2和图3，可选的实施例中，所述多元介电层14为二元a1a2介电层或三元b1b2b3介电层；所述二元a1a2介电层的a1层由pb、la、zr、ti和o元素组成，a2层由ba、ti和o，或由sr、ti和o元素组成；所述三元b1b2b3介电层的b1层由pb、la、zr、ti和o元素组成，b2层由ba、ti和o元素组成，b3层由sr、ti和o元素组成。
101.本实施例中，多元介电层14为两层薄膜结构或者三层薄膜结构，且，当为两层薄膜结构，a1层的元素包括pb、la、zr、ti和o元素，该类元素具有储能密度高、抗电磁干扰能力强的特性，故而作二元介电层的结构能够显著提升该介电层的储能密度，提升储能性能。
102.当然，该二元a1a2介电层中的a1a2可以为多层，即两者交替生长，并不限定两者交替的次数。同理的，三元b1b2b3介电层中的b1b2b3也为多层，即三者交替生长，并不限定三者交替的次数。
103.可选的实施例中，所述二元a1a2介电层为plzt/bto或plzt/sto，其中a1层的plzt化学式为(pb
1-x
,la
x
)(zr
1-y
,tiy)o3(x＝0～0.15；y＝0～0.2)，a2层的bto化学式为batio3，sto化学式为srtio3；
104.且/或，所述三元b1b2b3介电层为plzt/bto/sto，其中b1层的plzt化学式为(pb
1-z
,laz)(zr
1-w
,tiw)o3(z＝0～0.15；w＝0～0.2)，b2层的bto化学式为batio3，b3层的bto化学式为srtio3。
105.本实施例中，选择二元a1a2介电层中a2为batio3(bto)膜层，该材料薄膜具有较好的物理化学稳定性、良好的光催化、光电响应与介电性能，被广泛地应用于光电子器件，例如陶瓷电容器等，能够使得器件使用性能更加稳定。srtio3(sto)材料层具有良好的物理、机械性能，具有介电常数高、介电损耗低、热稳定性好等优点。且该材料层具有较高的击穿
场强，可以提高介电层的击穿场强，继而提高多元柔性介电电容器的储能性能。选择a1层为plzt，化学式为(pb
1-x
,la
x
)(zr
1-y
,tiy)o3(x＝0～0.15；y＝0～0.2)，该材料具有较高的饱和极化值，从而能够提升多元柔性介电电容器整体的饱和极化值，与a2层结合，显著提高多元柔性介电电容器的储能性能。
106.三元b1b2b3介电层选择由二元介电层中的a1层与两种a2层中的材料进行依次沉积形成，batio3(bto)和srtio3(sto)之间为外延生长，可以使得两者均保持较好的自身特性，该结构能进一步提高击穿场强，提高多元柔性介电电容器的储能性能。
107.本发明的技术方案中，具有以下有益技术效果：
108.(1)本发明的多元柔性介电电容器包括柔性衬底层11、缓冲层12底电极层13、多元介电层14及顶电极层15，使得具有柔性介电薄膜晶体的结构，以上下电极为导电结构的前提，以多元介电层14作为功能层，构建多元柔性介电电容器，为新一代能量存储的结构设计提供了新思路。
109.(2)本发明的多元柔性介电电容器通过多元介电层14的设置，能够集多元结构的不同优势，不仅实现了更高的击穿场强和更细长的电滞回线，而且还具有更大的极化差值，有效提升了该电容器的储能性能，有望为电容器等能量存储设备的性能提升做出巨大贡献。
110.请参照图4，本发明还提出了一种多元柔性介电电容器的制备方法，所述制备方法包括：
111.步骤s1：提供柔性衬底层，对其进行前处理并固定；
112.步骤s2：通过脉冲激光沉积系统在所述柔性衬底层上依次沉积底电极层、多元介电层和顶电极层；
113.步骤s3：进行冷处理，获得多元柔性介电电容器。
114.本实施例中，步骤s1中柔性衬底层是用于对各个膜层进行沉积生长的基础，其材质可以是柔性钙钛矿材料，或是柔性云母材料，从而具有较好的稳定性能和柔韧弯折性能，在此不做限定。因柔性衬底层的表面需要进行膜层生长，故其表面需要保持洁净并达到预设的条件要求，在生长其他膜层前需要对其进行预处理，以满足生长要求。预处理包括不限于清洁和活化等工序。将进行过前处理的柔性衬底层固定在脉冲激光系统中的预定位置，从而方便进行后续工序。
115.步骤s2中，在柔性衬底层上依次生长底电极层、多元介电层和顶电极层，三种膜层的具体材质和特性可参照上述实施例，在此不做赘述。此处的沉积方式是脉冲激光沉积，更易获得期望化学计量比的多组分薄膜，即具有良好的保成分性，同时该方式沉积速率高，试验周期短，衬底温度要求低，制备的薄膜均匀，以提高该多元柔性介电电容器的质量。
116.步骤s3中，在脉冲激光沉积过程中会具有相比于常温较高的沉积温度，故而需要对其进行冷却处理，这一过程中，为了获得更好的结构性能，需要进行冷处理，也即在预设的降温速率和压强氛围下达到室温状态，可以根据需要进行设定。
117.本发明的技术方案中，具有以下有益技术效果：
118.(1)本发明的多元柔性介电电容器的制备方法，操作简单、成本低、易于大面积沉积且能精确控制结构及性能等特性，能实现其高质量生长、表面平整且性能更稳定等功能，有助于实现多元柔性介电电容器更优的性能。
119.(2)本发明制备的多元柔性介电电容器不仅在常态下具有更优的储能性能，并且在更恶劣环境下依然具有更好的稳定性和储能性能，为其在恶劣环境下的发展与应用创造了条件。
120.请参照图5，可选的实施例中，提供柔性衬底层，对其进行前处理并固定的步骤具体为：
121.步骤s11：使用氮气喷枪对所述柔性衬底层进行喷洗，清除表面灰尘及杂质；
122.步骤s12：利用高温银浆将其粘结于脉冲激光沉积系统的生长腔器的主靶位的正上方。
123.前处理柔性衬底层的目的是为了去除杂质和污垢。步骤s11中使用氮气喷枪对柔性衬底层进行喷洗，可以去除表面灰尘和杂质的同时，不会对柔性衬底层的结构产生影响。当然，于其他实施例中可以使用擦拭或其他机械方式进行处理。步骤s12中，为了结构稳定，使用高温银浆将柔性衬底层固定在主靶位的正上方，以确保在进行轰击靶材时能够均匀平稳的获得所需膜层，并提高耐高温性能，使得固定更加稳定。当然，于其他实施例中，还可以选择其他方式固定柔性衬底层，例如，胶粘或吸盘等。
124.请参照图6，可选的实施例中，所述柔性衬底层为柔性云母衬底或柔性有机衬底；在沉积所述底电极层之前，还包括：
125.步骤s20’：通过脉冲激光沉积方式在所述柔性衬底层上沉积缓冲层；
126.步骤s21’：再于所述缓冲层上依次沉积底电极层、多元介电层和顶电极层。
127.本实施例中，因二维层状结构云母具有原子表面光滑、热稳定性好、化学惰性好、机械柔韧性好等独特优点，故而作为柔性衬底的材料时可以使得电容器具有更好的结构稳定性，并方便于其表面生长成型。因柔性云母本身具有范德华力，设置缓冲层形成于柔性衬底层上，可以对该范德华力提供一定的缓冲作用，从而可以在其表面生长的膜层更加平滑平整，导电性能更好。
128.可选的实施例中，所述缓冲层为cofe
x
o4(x＝1,2)薄膜；
129.沉积缓冲层的具体参数包括：沉积腔真空度小于等于5
×
10-5
pa，沉积温度为610℃～660℃，氧分压为30mtorr～55mtorr，激光能量为280mj～300mj，脉冲激光频率为5hz～10hz，沉积温度速率为15℃/min～30℃/min，激光焦距为-15mm～5mm，沉积速率为1nm/min～5nm/min。
130.本实施例中，缓冲层的材质设置，能够显著减缓衬底的应力，并提升膜层生长质量。可选的，沉积该缓冲层时，设置沉积腔内的真空度小于等于5
×
10-5
pa，例如，2
×
10-5
pa、3
×
10-5
pa、4
×
10-5
pa等。沉积温度为610℃～660℃，例如，620℃、630℃、640℃或650℃等，氧分压为30mtorr～55mtorr，例如，35mtorr、40mtorr、45mtorr、50mtorr等，激光能量为280mj～300mj，例如，285mj、290mj、295mj等，脉冲激光频率为5hz～10hz，例如，6hz、7hz、8hz、9hz等，沉积温度速率为15℃/min～30℃/min，例如，17℃/min、20℃/min、25℃/min、27℃/min等，激光焦距为-15mm～5mm，例如，-10mm、-5mm、0mm、3mm等，沉积速率为1nm/min～5nm/min，例如，2nm/min、3nm/min、4nm/min、5nm/min等，从而获得稳定平整的cofe
x
o4(x＝1,2)薄膜。
131.可选的实施例中，所述底电极层为sro、ito或ysz薄膜；该材质的底电极层具有较好的导电性能，方便进行导电检测与多元柔性介电电容器的加工。同理的，顶电极层也为
sro、ito或ysz薄膜，与底电极层的材质相同或者不同，进一步保证多元柔性介电电容器的导电性能。
132.沉积上述材质的底电极层的具体参数包括：沉积腔真空度小于等于9
×
10-5
pa，例如，可以是8
×
10-5
pa、7
×
10-5
pa、6
×
10-5
pa、5
×
10-5
pa等，沉积温度为630℃～750℃，例如，可以是640℃、660℃、680℃、700℃、730℃等，氧分压为65mtorr～105mtorr，例如，70mtorr、80mtorr、90mtorr、100mtorr等，激光能量为280mj～320mj，例如，290mj、300mj、310mj等，脉冲激光频率为2hz～10hz，例如，3hz、4hz、6hz、8hz、9hz等，沉积温度速率为1℃/min～20℃/min，例如，5℃/min、10℃/min、12℃/min、17℃/min等，激光焦距为-15mm～15mm，-10mm、-5mm、0mm、5mm、10mm等，沉积速率为1nm/min～10nm/min，例如，2nm/min、3nm/min、4nm/min、5nm/min、6nm/min、7nm/min、8nm/min、9nm/min等，从而可以获得平整且导电性能好的薄膜结构。
133.可选的，沉积上述材质的顶电极层的具体参数也参照上述底电极层的参数范围设定，并可与底电极层的参数值相同也可以不同。
134.可选的实施例中，所述多元介电层为二元plzt/bto(或sto)或三元plzt/bto/sto层状介电薄膜；该材质的多元介电层可以具有较高的击穿场强，并同时具有较高的饱和极化值，从而可以提升整体的储能密度和储能性能。
135.沉积上述多元介电层的具体参数包括：沉积腔真空度小于等于5
×
10-7
pa，例如，2
×
10-5
pa、3
×
10-5
pa、4
×
10-5
pa等。沉积温度为600℃～650℃，例如，620℃、630℃、640℃等，氧分压为175mtorr～205mtorr，例如，180mtorr、185mtorr、190mtorr、195mtorr、200mtorr等，激光能量为300mj～320mj，例如，305mj、310mj、315mj等，脉冲激光频率为5hz～10hz，例如，6hz、7hz、8hz、9hz等，沉积温度速率为15℃/min～20℃/min，例如，16℃/min、17℃/min、18℃/min、19℃/min等，激光焦距为-10mm～10mm，例如，-5mm、0mm、3mm、5mm等，沉积速率为2nm/min～5nm/min，例如，3nm/min、4nm/min、5nm/min等。
136.可选的实施例中，所述多元介电层为二元plzt/bto(或sto)，沉积所述二元plzt/bto(或sto)的步骤具体为：
137.a1.将plzt靶材和bto(或sto)靶材放置于脉冲激光沉积系统中，并将沉积对象与靶材之间的距离设置为50～80cm；
138.b1.将plzt靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击plzt靶材，激光发数设置为70发～100发；
139.c1.迅速将bto(或sto)靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击bto(或sto)靶材，激光发数设置为5发～20发；
140.d1.重复上述步骤b1和c1的过程220～250次。
141.本实施例中，以plzt/bto为例，为了实现交替生长的plzt/bto的膜层，将plzt靶材和bto靶材放置在生长腔内相邻的靶位上，并控制其与两个靶材在合适的距离范围内，可选将沉积对象与靶材的距离设置在50～80cm的范围内，例如，60cm、70cm或75cm等，方便进行沉积。依次对plzt靶材和bto靶材进行激光轰击，且两者的激光发数不同，前者的发数为70发～100发，例如，75发、80发、85发、90发等，后者的发数为5发～20发，例如7发、10发、12发、15发、17发等，以保证轰击效果。重复上述步骤，从而得到交替生长的bto-sto膜层，此处可以设定交替生长次数为220次～250次，例如，230次、235次或240次等，得到所需厚度和性能
的多元介电层。当多元介电层为二元plzt/st，对应的步骤如上，不做赘述。
142.可选的实施例中，三元plzt/bto/sto层状介电薄膜的沉积具体步骤如下：
143.a2.将plzt靶材、bto靶材和sto靶材放置于脉冲激光沉积系统中，并将沉积对象与靶材之间的距离设置为55cm～70cm；
144.b2.将plzt靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击plzt靶材，激光发数设置为80～95发；
145.c2.迅速将bto靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击bto靶材，激光发数设置为5～20发；
146.d2.迅速将sto靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击sto靶材，激光发数设置为10～30发；
147.e2.重复循环步骤b2～d2的过程230～255次。
148.本实施例中，相比于二元plzt/bto(或sto)介电层的沉积，该方法中增加了一个靶位，即分别设置plzt、bto、sto三个靶材在激光沉积腔内，并设定沉积对象与靶材之间的距离均在55cm～70cm，例如，60cm、65cm、67cm等，以方便在三个靶材之间的转换。依次对plzt靶材、bto靶材及sto靶材进行激光轰击，且三者的激光发数不同，plzt靶材的激光发数为80～95发，例如，83发、85发或90发等；bto靶材的发数为5～20发，例如，7发、10发、15发等，sto靶材的发数为10～30发，15发、20发、25发等，以保证轰击效果。此处可以设定交替生长次数为230次～255次，例如，235次、230次、245次或250次等，得到所需厚度和性能的多元介电层。
149.请参照图7，可选的实施例中，所述进行冷处理的步骤具体为：
150.步骤s31：在温度为630℃～750℃、氧分压为65mtorr～105mtorr的氛围下放置15min～30min；
151.步骤s32：以15℃/min～25℃/min的降温速度缓慢冷却到室温。
152.本实施例中，为了保证沉积后的各个膜层的结构稳定性，可以保持一个稳定的温度和氧分压的氛围下放置一段时间，该温度为顶电极层时的沉积温度，例如630℃～750℃，氧分压也为最后沉积的膜层的氧分压65mtorr～105mtorr，放置时间为15min～30min，例如，20min、25min或27min等，保证沉积效果和膜层质量。然后再以15℃/min～25℃/min的降温速度进行慢冷却，例如，速度为17℃/min、20℃/min、23℃/min等，以提升膜层的结构稳定性。
153.下面以对比实施例和本发明的几种具体的实施例作为说明，当然，本发明的具体实施例并不限于以下几种。
154.以下所有实施例中plzt都指代(pb
0.92
,la
0.08
)(zr
0.9
,ti
0.1
)o3靶材，缓冲层采用的是cofe2o4靶材，第一/顶电极层均采用的是srruo3靶材。
155.对比实施例：单元plzt柔性介电电容器
156.(1)选用柔性云母衬底作为柔性衬底层，并用酒精进行清洗，利用银浆将其粘结于脉冲激光沉积系统的生长腔器中，主靶位的正上方；
157.(2)利用脉冲激光沉积系统，在柔性衬底层上沉积cofe2o4薄膜，以获得缓冲层；沉积缓冲层的具体参数，包括：沉积腔真空度≤5
×
10-5
pa，沉积温度610℃，氧分压30mtorr，激光能量280mj，脉冲激光频率5hz，沉积温度速率15℃/min，激光焦距-15mm，沉积速率1nm/
min；
158.(3)利用脉冲激光沉积系统，在缓冲层上沉积srruo3薄膜，以获得所述底电极层；沉积底电极层的具体参数，包括：沉积腔真空度≤9
×
10-5
pa，沉积温度630℃，氧分压65mtorr，激光能量280mj，脉冲激光频率2hz，沉积温度速率1℃/min，激光焦距-15mm，沉积速率1nm/min；
159.(4)利用脉冲激光沉积系统，在所述的底电极层上沉积单元plzt介电薄膜，以获得所述单元介电层；沉积该单元介电层的具体参数，包括：沉积腔真空度≤5
×
10-7
pa，沉积温度600℃，氧分压175mtorr，激光能量300mj，脉冲激光频率5hz，沉积温度速率15℃/min，激光焦距-10mm，沉积速率2nm/min；
160.(5)利用脉冲激光沉积系统，在单元介电层上沉积srruo3薄膜，以获得所述顶电极层；沉积顶电极层的具体参数，包括：沉积腔真空度≤9
×
10-5
pa，沉积温度630℃，氧分压65mtorr，激光能量280mj，脉冲激光频率2hz，沉积温度速率1℃/min，激光焦距-15mm，沉积速率1nm/min；
161.(6)对制备获得的单元柔性介电电容器进行冷处理，在630℃的高温、65mtorr氧分压氛围下放置15min；再以15℃/min的降温速度缓慢冷却到室温。
162.实施例1：二元plzt
85
/bto
15
柔性介电电容器
163.(1)选用柔性云母衬底作为柔性衬底层，并用酒精进行清洗，利用银浆将其粘结于脉冲激光沉积系统的生长腔器中，主靶位的正上方；
164.(2)利用脉冲激光沉积系统，在柔性衬底层上沉积cofe2o4薄膜，以获得所述缓冲层；沉积缓冲层的具体参数，包括：沉积腔真空度≤5
×
10-5
pa，沉积温度630℃，氧分压50mtorr，激光能量285mj，脉冲激光频率7hz，沉积温度速率20℃/min，激光焦距0mm，沉积速率3nm/min；
165.(3)利用脉冲激光沉积系统，在缓冲层上沉积srruo3薄膜，以获得所述底电极层；沉积底电极层的具体参数，包括：沉积腔真空度≤9
×
10-5
pa，沉积温度690℃，氧分压90mtorr，激光能量305mj，脉冲激光频率5hz，沉积温度速率10℃/min，激光焦距-2mm，沉积速率4nm/min；
166.(4)利用脉冲激光沉积系统，在底电极层上沉积二元plzt/bto层状介电薄膜，以获得所述多元介电层；沉积多元介电层的具体参数，包括：沉积腔真空度≤5
×
10-7
pa，沉积温度635℃，氧分压190mtorr，激光能量310mj，脉冲激光频率7hz，沉积温度速率17℃/min，激光焦距-5mm，沉积速率3nm/min；
167.二元plzt/bto层状介电薄膜的沉积具体步骤如下：
168.a.将plzt靶材和bto靶材放置于脉冲激光沉积系统中快速靶材系统的相邻位置，并将柔性衬底层与靶材之间的距离设置为80cm；
169.b.将plzt靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击plzt靶材，激光发数设置为85发；
170.c.迅速将bto(或sto)靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击bto靶材，激光发数设置为15发；
171.d.重复循环步骤b～c的过程240次，从而获得二元plzt/bto柔性介电电容器。
172.(5)利用脉冲激光沉积系统，在多元介电层上沉积srruo3薄膜，以获得所述顶电极
层；沉积顶电极层的具体参数，包括：沉积腔真空度≤9
×
10-5
pa，沉积温度690℃，氧分压90mtorr，激光能量305mj，脉冲激光频率5hz，沉积温度速率10℃/min，激光焦距-2mm，沉积速率4nm/min；
173.(6)对制备获得的多元柔性介电电容器进行冷处理，在690℃的高温、90mtorr氧分压氛围下放置25min；再以20℃/min的降温速度缓慢冷却到室温。
174.实施例2：二元plzt
85
/bto
20
柔性介电电容器
175.(1)选用柔性云母衬底作为柔性衬底层，并用酒精进行清洗，利用银浆将其粘结于脉冲激光沉积系统的生长腔器中，主靶位的正上方；
176.(2)利用脉冲激光沉积系统，在柔性衬底层上沉积cofe2o4薄膜，以获得缓冲层；沉积缓冲层的具体参数，包括：沉积腔真空度≤5
×
10-5
pa，沉积温度660℃，氧分压55mtorr，激光能量300mj，脉冲激光频率10hz，沉积温度速率30℃/min，激光焦距5mm，沉积速率5nm/min；
177.(3)利用脉冲激光沉积系统，在缓冲层上沉积srruo3薄膜，以获得底电极层；沉积底电极层的具体参数，包括：沉积腔真空度≤9
×
10-5
pa，沉积温度750℃，氧分压105mtorr，激光能量320mj，脉冲激光频率10hz，沉积温度速率20℃/min，激光焦距15mm，沉积速率10nm/min；
178.(4)利用脉冲激光沉积系统，在底电极层上沉积二元plzt/bto层状介电薄膜，以获得所述多元介电层；沉积多元介电层的具体参数，包括：沉积腔真空度≤5
×
10-7
pa，沉积温度650℃，氧分压205mtorr，激光能量320mj，脉冲激光频率10hz，沉积温度速率20℃/min，激光焦距10mm，沉积速率5nm/min；
179.二元plzt/bto层状介电薄膜的沉积具体步骤如下：
180.a.将plzt靶材和bto靶材放置于脉冲激光沉积系统中快速靶材系统的相邻位置，并将柔性衬底层与靶材之间的距离设置为75cm；
181.b.将plzt靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击plzt靶材，激光发数设置为85发；
182.c.迅速将bto靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击bto靶材，激光发数设置为20发；
183.d.重复循环步骤b～c的过程240次，从而获得二元plzt/bto柔性介电电容器。
184.(5)利用脉冲激光沉积系统，在多元介电层上沉积srruo3薄膜，以获得所述顶电极层；沉积顶电极层的具体参数，包括：沉积腔真空度≤9
×
10-5
pa，沉积温度750℃，氧分压105mtorr，激光能量320mj，脉冲激光频率10hz，沉积温度速率20℃/min，激光焦距15mm，沉积速率10nm/min；
185.(6)对制备获得的多元柔性介电电容器进行冷处理，在750℃的高温、105mtorr氧分压氛围下放置30min；再以25℃/min的降温速度缓慢冷却到室温。
186.实施例3：二元plzt
85
/sto
20
柔性介电电容器
187.除了步骤(4)中二元plzt/sto层状介电薄膜的沉积具体步骤以外，其余步骤参数与实施例2相同。
188.二元plzt/sto层状介电薄膜的沉积具体步骤如下：
189.a.将plzt靶材和sto靶材放置于脉冲激光沉积系统中快速靶材系统的相邻位置，
并将柔性衬底层与靶材之间的距离设置为75cm；
190.b.将plzt靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击plzt靶材，激光发数设置为85发；
191.c.迅速将sto靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击sto靶材，激光发数设置为20发；
192.d.重复循环步骤b～c的过程240次，从而获得二元plzt/sto柔性介电电容器。
193.实施例4：三元plzt
85
/bto5/sto
20
柔性介电电容器
194.除了步骤(4)，其余步骤参数与实施例1相同。
195.(4)利用脉冲激光沉积系统，在底电极层上沉积三元plzt/bto/sto层状介电薄膜，以获得所述多元介电层；沉积多元介电层的具体参数，包括：沉积腔真空度≤5
×
10-7
pa，沉积温度635℃，氧分压190mtorr，激光能量310mj，脉冲激光频率7hz，沉积温度速率17℃/min，激光焦距-5mm，沉积速率3nm/min；
196.三元plzt/bto/sto层状介电薄膜的沉积具体步骤如下：
197.a.将plzt靶材、bto靶材和sto靶材放置于脉冲激光沉积系统中快速靶材系统的相邻位置，并将柔性衬底层与靶材之间的距离设置为55cm；
198.b.将plzt靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击plzt靶材，激光发数设置为85发；
199.c.迅速将bto靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击bto靶材，激光发数设置为5发；
200.d.迅速将sto靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击sto靶材，激光发数设置为20发；
201.e.重复循环步骤b～d的过程240次，从而获得三元plzt/bto/sto柔性介电电容器。
202.实施例5：三元plzt
85
/bto
10
/sto
20
柔性介电电容器
203.除了步骤(4)，其余步骤参数与实施例1相同。
204.(4)利用脉冲激光沉积系统，在底电极层上沉积三元plzt/bto/sto层状介电薄膜，以获得所述多元介电层；沉积多元介电层的具体参数，包括：沉积腔真空度≤5
×
10-7
pa，沉积温度635℃，氧分压190mtorr，激光能量310mj，脉冲激光频率7hz，沉积温度速率17℃/min，激光焦距-5mm，沉积速率3nm/min；
205.三元plzt/bto/sto层状介电薄膜的沉积具体步骤如下：
206.a.将plzt靶材、bto靶材和sto靶材放置于脉冲激光沉积系统中快速靶材系统的相邻位置，并将基底与靶材之间的距离设置为70cm；
207.b.将plzt靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击plzt靶材，激光发数设置为85发；
208.c.迅速将bto靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击bto靶材，激光发数设置为10发；
209.d.迅速将sto靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击sto靶材，激光发数设置为20发；
210.e.重复循环步骤b～d的过程230次，从而获得三元plzt/bto/sto柔性介电电容器。
211.实施例6：三元plzt
85
/bto
15
/sto
20
柔性介电电容器
212.除了步骤(4)，其余步骤参数与实施例1相同。
213.(4)利用脉冲激光沉积系统，在底电极层上沉积三元plzt/bto/sto层状介电薄膜，以获得所述多元介电层；沉积多元介电层的具体参数，包括：沉积腔真空度≤5
×
10-7
pa，沉积温度635℃，氧分压190mtorr，激光能量310mj，脉冲激光频率7hz，沉积温度速率17℃/min，激光焦距-5mm，沉积速率3nm/min；
214.三元plzt/bto/sto层状介电薄膜的沉积具体步骤如下：
215.a.将plzt靶材、bto靶材和sto靶材放置于脉冲激光沉积系统中快速靶材系统的相邻位置，并将基底与靶材之间的距离设置为65cm；
216.b.将plzt靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击plzt靶材，激光发数设置为85发；
217.c.迅速将bto靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击bto靶材，激光发数设置为15发；
218.d.迅速将sto靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击sto靶材，激光发数设置为20发；
219.e.重复循环步骤b～d的过程255次，从而获得三元plzt/bto/sto柔性介电电容器。
220.实施例7：三元plzt
85
/bto
20
/sto
20
柔性介电电容器
221.除了步骤(4)，其余步骤参数与实施例1相同。
222.(4)利用脉冲激光沉积系统，在底电极层上沉积三元plzt/bto/sto层状介电薄膜，以获得所述多元介电层；沉积多元介电层的具体参数，包括：沉积腔真空度≤5
×
10-7
pa，沉积温度635℃，氧分压190mtorr，激光能量310mj，脉冲激光频率7hz，沉积温度速率17℃/min，激光焦距-5mm，沉积速率3nm/min；
223.三元plzt/bto/sto层状介电薄膜的沉积具体步骤如下：
224.a.将plzt靶材、bto靶材和sto靶材放置于脉冲激光沉积系统中快速靶材系统的相邻位置，并将基底与靶材之间的距离设置为65cm；
225.b.将plzt靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击plzt靶材，激光发数设置为85发；
226.c.迅速将bto靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击bto靶材，激光发数设置为20发；
227.d.迅速将sto靶材切换至主靶位，并且利用激光器轰击sto靶材，激光发数设置为20发；
228.e.重复循环步骤b～d的过程240次，从而获得三元plzt/bto/sto柔性介电电容器。
229.如图5所示，为上述对比实施例的单元plzt柔性介电电容器的极化强度-电压图，很明显看出，最大电压为70v，饱和极化为27.11μc/cm2，剩余极化为6.68μc/cm2。
230.如图8所示，为对比实施例的柔性介电电容器的极化强度-电压图，如图9所示，为上述实施例1和2的plzt
85
/bto
15
和plzt
85
/bto
20
柔性介电电容器的极化强度-电压图，虽然最大电压都为70v，但很明显看出plzt
85
/bto
15
和plzt
85
/bto
20
相对于单元plzt柔性介电电容器和plzt
85
/bto5有更好的饱和极化值。
231.如图10所示，为上述实施例3的二元plzt
85
/sto
20
柔性介电电容器的极化强度-电压图，很明显看出，最大电压为110v，饱和极化为24.41μc/cm2，剩余极化为0.62μc/cm2，相对
于单元plzt柔性介电电容器有更高的击穿电场；
232.如图11所示，为上述实施例4-7的三元plzt
85
/bto5/sto
20
、plzt
85
/bto
10
/sto
20
、plzt
85
/bto
15
/sto
20
和plzt
85
/bto
20
/sto
20
柔性介电电容器，很明显相对于单元和二元柔性介电电容器不管是最大电压还是饱和极化都有了极大的提升，这对于应用于电容器储能非常有利。
233.如图12所示，为多元柔性介电电容器的透射电子显微镜图及区域元素分布图，从左边的图可以看出，整个结构是以柔性衬底层、缓冲层、底电极层、多元介电层和顶电极层组成，并且有很长明显的界面，无扩散，其厚度依次为18nm、50nm、580nm和39nm，右边可以看出对应元素出现在对应层中，也证明了各层之间相互分离且没有扩散现象，从而表明该多元柔性介电电容器质量较好，且应用性能好。
234.如图13所示，为上述对比实施例和具体实施例1-7的多元柔性介电电容器的储能性能，单元plzt柔性介电电容器的储能密度与效率分别为7.84j/cm3和67.86％，二元柔性介电电容器中最优的储能密度与效率分别为15.71j/cm3和97.89％，相对于单元plzt柔性介电电容器提高了100％和44％，进一步的三元柔性介电电容器中最优的储能密度与效率分别为27.21j/cm3和98.59％，在二元柔性介电电容器的基础上又实现了大幅提升。
235.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。