取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜。该复合薄膜从上至下依次为上层电极、钛酸盐层和下层电极，所述的钛酸盐层是由取向性碱土金属钛酸盐A颗粒、取向性碱土金属钛酸盐B颗粒按照晶轴取向一致的方式交替整齐排例而成，且两种颗粒中的碱土金属不同。由于两种碱土金属钛酸盐晶格常数很接近，致使在它们颗粒接触面发生晶格扭曲，产生应力，易产生极化反转，促使提升复合薄膜的压电响应。
【专利说明】
取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜
技术领域
[0001]本实用新型属于压电器件材料技术领域，涉及一种应用于驱动器、传感器、转换器或压敏器件的薄膜，特别涉及一种具有高压电性能、环境友好型的取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜。【背景技术】
[0002]随着我国经济和科技的高速发展，高性能压电器件的需求急剧增加。碱土金属钛酸盐由于比其它无铅压电材料物具有较高的压电性能，是代替含铅材料的主要候选者，虽然有一定的应用前景，但满足不了现行环境友好型压电器件的要求。研究最多的莫过于改性掺杂，然而效果不佳，仍然达不到高性能压电器件的机电耦合要求。【实用新型内容】
[0003]鉴于现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜。该压电复合薄膜不含铅，使得在生产、使用及废弃处理过程中均不会给人类及生态环境带来严重危害。
[0004]为了实现本实用新型的目的，发明人利用晶格不匹配原理开发出具有异质外延界面的多种结晶相的复合材料，进而人工控制引入不同化学组成的异质外延界面，在其异质外延界面所产生的倾斜构造和应变也不会消失，同样存在缓和的界面应变，容易发生产生极化反转，诱发很大的压电响应。
[0005]具体地，实现本实用新型技术目的的技术方案概况如下:
[0006]—种取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜，该复合薄膜从上至下依次为上层电极、钛酸盐层和下层电极，所述的钛酸盐层是由取向性碱土金属钛酸盐A颗粒、取向性碱土金属钛酸盐B颗粒按照晶轴取向一致的方式交替整齐排例而成，且两种颗粒中的碱土金属不同。
[0007]优选地，如上所述的取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜，其中的取向性碱土金属钛酸盐A颗粒、取向性碱土金属钛酸盐B颗粒的形状均为球形、方形、片形、针状、纤维状或其它规则形状。
[0008]优选地，如上所述的取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜，其中的取向性碱土金属钛酸盐A颗粒、取向性碱土金属钛酸盐B颗粒的化学组成包括钡、锶、钙的钛酸盐中的任一种。
[0009]优选地，如上所述的取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜，其中的取向性碱土金属钛酸盐A颗粒和取向性碱土金属钛酸盐B颗粒的径大小一致，范围区间均为0.2?200微米。
[0010]进一步优选地，如上所述的取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜，其中的取向性碱土金属钛酸盐A颗粒和取向性碱土金属钛酸盐B颗粒的径大小范围区间以1?50微米为最佳。当然，如上所述的取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜，其中的取向性碱土金属钛酸盐A颗粒和取向性碱土金属钛酸盐B颗粒的径大小范围区间可以为0.2?1微米或50?200微米。
[0011]优选地，如上所述的取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜，该复合薄膜的厚度的区间范围为1?500微米。进一步优选地，如上所述的取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜， 该复合薄膜的厚度的区间范围以100?200微米为最佳。当然，如上所述的取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜，该复合薄膜的厚度的区间范围可以为1?100微米或200?500微米。
[0012]再进一步优选地，如上所述的取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜，其中的上层电极及下层电极的材质为铝、铜、镍、锌、锡、银及其合金的一种，其厚度为0.1?10微米。
[0013]本实用新型的技术原理是:由于两种碱土金属钛酸盐晶格常数很接近，致使在它们颗粒接触面发生晶格扭曲，产生应力，易产生极化反转，促使提升复合薄膜的压电响应。
[0014]与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果:
[0015](1)提供了一种高压电性能的取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜，与一般的钛酸钡掺杂薄膜相比，其压电性能显著提高，压电常数约是自由取向性的4倍；[〇〇16](2)薄膜密度高，择优取向度高，组成的颗粒粒径小，容易上电极；
[0017](3)加工成型过程简单，不需要复杂的加工程序，生产过程简单效果显著，可实现工业化生产；[〇〇18](4)产品不含铅，使得在生产、使用及废弃处理过程中均不会会给人类及生态环境带来严重危害。【附图说明】
[0019]图1是本实用新型实施例1的取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜的剖面示意图；
[0020]图2是自由取向性二元压电复合薄膜的剖面示意；
[0021]其中:1、上层电极;2、取向性碱土金属钛酸盐A颗粒;3、取向性碱土金属钛酸盐B颗粒;4、下层电极。
[0022]图3是本实用新型取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜与自由取向性二元压电复合薄膜的8批次样品的压电常数(d33)比较。【具体实施方式】
[0023]下面将结合附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。[〇〇24]实施例1:取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜的构造[〇〇25]如图1所示，一种取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜，该复合薄膜从上至下依次为上层电极1、钛酸盐层5和下层电极4,钛酸盐层5是由取向性碱土金属钛酸盐A颗粒2、取向性碱土金属钛酸盐B颗粒3按照晶轴取向一致的方式交替整齐排例而成，且两种颗粒中的碱土金属不同，促使提升复合薄膜的压电响应。其中的取向性碱土金属钛酸盐A颗粒为钛酸钡、取向性碱土金属钛酸盐B颗粒为钛酸锶，二者的形状均为方形，径大小一致，为10微米。 另外，其中的上层电极及下层电极的材质均为铝，其厚度均为2微米。整个取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜的厚度约为120微米。[〇〇26]实施例2:压电复合薄膜的制备[〇〇27] 首先称取1.53g纤铁矿，与过量20%的碱土金属氢氧化物在100?200°C反应6?12 小时，将所得产物用稀盐酸洗涤后烘干便得到碱土金属钛酸盐。然后将碱土金属钛酸盐加入0.56g PVB和6mL聚乙烯醇/乙醇的混合液中进行混合球磨，24小时候将所得的浆料流延或者旋转涂布，由于碱土金属钛酸盐为二维形状，流延或者旋转涂布便可以将其堆垛起来， 形成生坯。将生坯分别在500°C、900°C、1200?1250°C退火3?6小时后，便可得到烧结体的取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜。最后，使用离子溅射或溶液浸涂以及其它化学气相沉积法或物理气相沉积法打上电极，便可形成取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜器件。
[0028]需要说明的是，在制备过程中，如果采取液压成膜的方式代替上述流延或者旋转涂布，其它工艺和原材料均相同，则制备出如图2的自由取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜。图1和图2的根本区别在于:图1的碱土金属钛酸盐颗粒交错排例整齐，取向一致，而图2 中的碱土金属钛酸盐颗粒任意分布，颗粒排列杂乱无章。经检测，取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜的平均压电常数为421pC/N，自由取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜的平均压电常数约为119pC/N(见图3)。
【主权项】
1.一种取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜，其特征在于，该复合薄膜从上至下依次 为上层电极、钛酸盐层和下层电极，所述的钛酸盐层是由取向性碱土金属钛酸盐A颗粒、取 向性碱土金属钛酸盐B颗粒按照晶轴取向一致的方式交替整齐排例而成，所述的取向性碱 土金属钛酸盐A颗粒选自钛酸钡、钛酸锶或钛酸钙颗粒，取向性碱土金属钛酸盐B颗粒选自 钛酸钡、钛酸锶或钛酸钙颗粒，且两种颗粒中的碱土金属不同。2.根据权利要求1所述的取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜，其特性在于，所述的取 向性碱土金属钛酸盐A颗粒、取向性碱土金属钛酸盐B颗粒的形状均为球形、方形、片形、针 状或纤维状。3.根据权利要求1所述的取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜，其特征在于，所述的取 向性碱土金属钛酸盐A颗粒和取向性碱土金属钛酸盐B颗粒的径大小一致，范围区间均为 0.2?200微米。4.根据权利要求3所述的取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜，其特征在于，所述的取 向性碱土金属钛酸盐A颗粒和取向性碱土金属钛酸盐B颗粒的径大小范围区间为1?50微 米。5.根据权利要求3所述的取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜，其特征在于，所述的取 向性碱土金属钛酸盐A颗粒和取向性碱土金属钛酸盐B颗粒的径大小范围区间为0.2?1微 米或50?200微米。6.根据权利要求1所述的取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜，其特征在于，该复合薄 膜的厚度的区间范围为1?500微米。7.根据权利要求6所述的取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜，其特征在于，该复合薄 膜的厚度的区间范围为100?200微米。8.根据权利要求6所述的取向性碱土金属钛酸盐压电复合薄膜，其特征在于，该复合薄 膜的厚度的区间范围为1?100微米或200?500微米。
【文档编号】H01L41/16GK205582970SQ201620222113
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月22日
【发明人】胡登卫, 潘拴拴, 牛晓梅, 杨得锁, 王晓玲, 王宏社, 赵卫星, 赵立芳, 郭进宝
【申请人】宝鸡文理学院