一种制备具有磁电耦合性能的无机有机柔性复合材料的方法与流程

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种制备具有磁电耦合性能的无机有机柔性复合材料的方法。

背景技术：

随着微电子与半导体技术的迅猛发展，三维化、微型化、可调节化与多功能化已成为当前电子元器件设计和开发的新趋势。探索和开发与其相关的新型智能多尺度材料，特别是渗透于现代技术各个领域的集铁电性与铁磁性于一身的多铁性材料已成为最近十年的研究热点。多铁性材料不但同时具备两种或三种单一铁性(如铁电性、铁磁性和铁弹性)，通过铁性间的耦合协同作用能产生一些新的功能，如铁电和铁磁之间存在磁电耦合效应，使电控磁或磁控电成为可能。此外，多铁材料还能实现磁场对介电常数或电容的调控作用。迄今为止，虽然已经有许多单相多铁材料被研究者所发现，但相比于单相多铁材料在室温下的弱磁电耦合效应，人工构建的复合多铁材料不仅在材料组合和结构设计上具有更好的可选性和灵活性，而且可实现较强的磁电耦合效应并产生新颖的物理现象和调控机制，特别是界面处的电子自旋、电荷、轨道以及晶格之间存在着复杂的相互作用,将会导致许多新的磁电物理现象，有望实现集磁电于一身的新一代多功能器件，使其在新一代的存储器、传感器、微波器件等领域中具有重要的应用前景。同时，利用多铁性材料中多重量子序参量的竞争和共存，可实现量子调控材料的多物理场行为，这是不同于传统半导体微电子学的全新方法，也是后摩尔时代电子技术发展的主要方向之一。

目前在多铁领域研究最多的是无机多铁材料，然而研究无机-有机复合性柔性多铁材料的工作却非常致少，这不利于多铁材料在柔性器件领域的应用。因此，我们设计了一种制作柔性多铁薄膜材料的工艺并证实了它的磁电耦合性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种制备具有磁电耦合性能的无机有机柔性复合材料的方法，解决了现有的

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种制备具有磁电耦合性能的无机有机柔性复合材料的方法，包括以下步骤：

步骤一，按1:10的质量比将PVDF-TrFE粉末分散于二甲基甲酰胺中，进行搅拌直至PVDF-TrFE粉末完全溶解在二甲基甲酰胺中，得到PVDF溶液；

步骤二，将步骤一中制备所得的PVDF溶液过滤，得到过滤后的PVDF溶液，将Fe3O4纳米颗粒分散在过滤后的PVDF溶液中，得到混合溶液，之后将混合溶液超声震荡直至Fe3O4纳米颗粒均匀分散在过滤后的PVDF溶液中，其中，Fe3O4纳米颗粒和步骤一种所加入的PVDF-TrFE粉末的质量比为(1-10):100；

步骤三，将步骤二中所得的混合溶液均匀的滴涂在载玻片上，进行烘干，得到柔性多铁材料薄膜；

步骤四，通过对步骤三中所得的柔性多铁材料薄膜增加外加电压，得到无机有机柔性复合材料。

优选地，步骤一中所用的PVDF-TrFE粉末为多晶的β相PVDF-TrFE粉末。

优选地，步骤二中，将混合溶液超声震荡后，将混合溶液置于真空泵中抽真空直至除去溶液中的空气为止。

优选地，步骤三中，所述载玻片是依次通过丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗后得到；烘干的工艺参数为：以135℃烘干1.5h，然后再升温至142℃-145℃后取出通过水冷急冷却至0℃。

优选地，步骤三中，将滴涂有混合溶液的载玻片冷却后放置在磁控溅射仪器中，将磁控溅射仪器抽真空至1Pa，然后向柔性多铁材料薄膜的两面喷镀金，直至柔性多铁材料薄膜的两面均镀上金电极。

优选地，所述无机有机柔性复合材料是根据权利要求1-5任一项所述的制备方法制备所得。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种制备具有磁电耦合性能的无机有机柔性复合材料的方法，以PVDF-TrFE粉末为基底，再向PVDF-TrFE粉末中添加Fe3O4纳米颗粒，进而实现了柔性多铁材料薄膜的磁电耦合性能，同时通过外加电压来使PVDF基质发生形变，从而将应力传递给分散在其中的Fe3O4纳米颗粒，进而实现电控磁。同时本发明方法操作简单，易实现，制备所得的材料具有比无机多铁材料更好耐压能力和无机材料所没有的柔性。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的1％Fe3O4含量柔性多铁复合材料的磁电调控结果；

图2为本发明实施例2制备的10％Fe3O4柔性多铁复合材料的磁电调控结果。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进一步详细说明。

本发明提供的一种制备具有磁电耦合性能的无机有机柔性复合材料的方法，包括以下步骤：

1)将载玻清洗并用氮气吹干备用；

2)按1:10的质量比将PVDF-TrFE粉末分散于二甲基甲酰胺中，磁力搅拌8小时后，使得PVDF-TrFE粉末完全溶解在二甲基甲酰胺中，得到PVDF溶液，其中，所用的PVDF-TrFE粉末为多晶的β相PVDF-TrFE粉末。

3)将2)中所得的PVDF溶液过滤，得到过滤后的PVDF溶液；

4)将Fe3O4纳米颗粒分散在过滤后的PVDF溶液中，得到混合溶液，之后将混合溶液超声震荡4小时，使得Fe3O4纳米颗粒均匀分散在过滤后的PVDF溶液中，之后将混合溶液置于真空泵中抽真空5分钟，抽真空是用以除去溶液中的空气；其中，Fe3O4纳米颗粒和PVDF-TrFE粉末的质量比为(1-10):100；

5)将4)中所得的混合溶液均匀的滴涂在载玻片上，再以135℃烘干1.5小时，然后升温至142℃-145℃后取出载玻片置于冰水混合物中迅速冷却至0℃，得到柔性多铁材料薄膜；

6)将柔性多铁涂层薄膜从载玻片上面揭下来，获得自支持的柔性多铁复合材料，其中，柔性多铁复合材料为厚度在20-200微米之间的薄片状结构。

7)所获得的薄片状柔性多铁材料可以通过外加电压来调控其磁性，得到无机有机柔性复合材料。

具体地，步骤1)中，所述洁净的载玻片是将载玻片依次用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗后得到。

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

实施例1

一种制备无机有机复合柔性多铁材料的方法，包括以下步骤：

a、载玻片准备：

将实验所需载玻片依次做以下清洗：用丙酮超声清洗10分钟，将丙酮倒掉，用无水乙醇清洗10分钟，将无水乙醇倒掉，用去离子水反复超声清洗3次，每次各5分钟。最后用氮气吹干即可备用。

b、按1:10的质量比将PVDF-TrFE粉末分散于二甲基甲酰胺中，磁力搅拌8小时后将PVDF溶液过滤。将质量为PVDF-TrFE粉末质量1％的Fe3O4纳米颗粒分散在PVDF溶液中后继续超声震荡4小时，将溶液置于真空泵中抽真空5分钟。

c、将超声振荡均匀分散的溶液均匀地滴涂在载玻片上，将载玻片取下，在烘干机中135℃烘干1.5小时，升温至145℃后取出载玻片置于冰水混合物中迅速冷却到0℃。

d、将载玻片放置到小型磁控溅射仪器中，先抽真空达到1Pa左右，然后喷镀金25分钟。将一面镀完金的薄膜从载玻片上面揭下来，在反面重复上面的抽真空镀金过程，使得两面都镀上金电极。使用台阶仪测量得所制备的薄膜厚度在25-40微米量级，将薄膜边角剪掉以防止溅射镀金过程中侧面也溅射上金而使得薄膜两面导通，无法加载电场进行磁电耦合性能测试。

e、并将薄膜置于电子顺磁共振波谱仪(ESR)中，使用最大输出电压1000V的静电计对进行原位电磁调控性能测试。

由图1可以得到，当外加电场达到320kV/cm时，最大调控量可达176Oe。

实施例2

一种制备无机有机复合柔性多铁材料的方法，包括以下步骤：

a、载玻片准备：

将实验所需载玻片依次做以下清洗：用丙酮超声清洗10分钟，将丙酮倒掉，用无水乙醇清洗10分钟，将无水乙醇倒掉，用去离子水反复超声清洗3次，每次各5分钟。最后用氮气吹干即可备用。

b、按1:10的质量比将PVDF-TrFE粉末分散于二甲基甲酰胺中，磁力搅拌8小时后将PVDF溶液过滤。将质量为PVDF质量10％的Fe3O4纳米颗粒分散在PVDF溶液中后继续超声震荡4小时，将溶液置于真空泵中抽真空5分钟。

c、将超声振荡均匀分散的溶液均匀地滴涂在载玻片上，将载玻片取下，在烘干机中135℃烘干1.5小时，升温至145℃后取出载玻片置于冰水混合物中迅速冷却到0℃。

d、将载玻片放置到小型磁控溅射仪器中，先抽真空达到1Pa左右，然后喷镀金25分钟。将一面镀完金的薄膜从载玻片上面揭下来，在反面重复上面的抽真空镀金过程，使得两面都镀上金电极。使用台阶仪测量得所制备的薄膜厚度在25-40微米量级，将薄膜边角剪掉以防止溅射镀金过程中侧面也溅射上金而使得薄膜两面导通，无法加载电场进行磁电耦合性能测试。e、并将薄膜置于电子顺磁共振波谱仪(ESR)中，使用最大输出电压1000V的静电计对进行原位电磁调控性能测试。

由图2可以得到，当外加电场达到320kV/cm时，最大调控量可达150Oe，随着Fe3O4含量的增加，磁性调控量变小。