钛酸铋钠和铌酸钾钠交替旋涂无铅压电厚膜的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102848656A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102848656A(43)申请公布日2013.01.02(21)申请号201210367243.X(22)申请日2012.09.28(71)申请人齐齐哈尔大学地址161006黑龙江省齐齐哈尔市文化大街42号(72)发明人张德庆郑方圆杨秀英张辉冯连振曹茂盛(51)Int.Cl.B32B18/00(2006.01)C04B41/52(2006.01)权利要求书权利要求书11页页说明书说明书55页页(54)发明名称钛酸铋钠和铌酸钾钠交替旋涂无铅压电厚膜的制备方法(57)摘要本发明公开了钛酸铋钠和铌酸钾钠交替旋涂无铅压电厚膜的制备方法，该发明是以溶胶-凝胶法为基础，提供一种简单、易控制的工艺方法，首先分别制备稳定的BNT和KNN溶胶，然后先在(Pt/TiO2/Ti/SiO2/Si)基片上镀上KNN溶胶，转速为3200r/min,时间为30s，将湿膜在200℃烘干水分，然后在以4℃/min升到500℃的马弗炉中，保温10min，第二层镀BNT膜，同样热处理条件，重复上述步骤三次，即交替旋涂6层，然后在700℃退火处理10min，最终获得厚度~4μmKNN-BNT厚膜，所得到的厚膜晶粒均匀、排列紧密、表面平滑、无开裂。CN1028465ACN102848656A权利要求书1/1页1.钛酸铋钠和铌酸钾钠交替旋涂无铅压电厚膜的制备方法的特征在于：a、本溶胶凝胶法采用二次沉淀的(Nb(OH)5)为铌源，使其与柠檬酸发生络合反应；b、通过水和乙二醇甲醚为溶剂分别制备出KNN和BNT前驱体溶胶；c、在制备KNN溶胶时引入PVP改性；d、采用交替旋涂，且最后一层为BNT溶胶。2.钛酸铋钠和铌酸钾钠交替旋涂无铅压电厚膜的制备方法制备工艺的步骤特征在于：a、制备KNN溶胶：称取适量草酸溶于80℃去离子水中，将Nb(OH)5溶于该溶液形成Nb-草酸溶液，反应0.5h至溶液变澄清；在Nb-草酸溶液中加入过量氨水形成Nb(OH)5沉淀，直至PH~9，然后在80℃水浴锅中陈化6h；反复用热的去离子水洗涤抽滤Nb(OH)5沉淀，除去溶液中的草酸铵；称取适量柠檬酸溶于80℃去离子水中，将二次沉淀的Nb(OH)5溶于该溶液形成Nb-柠檬酸溶液，反应1h至溶液变澄清；按照r（K+：Na+：Nb5+）=0.8:0.8:1，加入CH3COOK和CH3COONa，待其全部溶解，向溶液中按r（EG:CA）=2:1加入乙二醇，不断搅拌，得到透明澄清溶液；以r（PVP单体：KNN）=1:1比例加入PVP，待溶解后将溶液在80℃水浴中不断搅拌蒸发，得到无色透明KNN前驱体溶胶；b、制备BNT溶胶：称取五水醋酸铋和醋酸钠溶于适量乙二醇单甲醚，稍微加热直至溶解，标为溶液A；称量少量乙酰丙酮滴入B烧杯中，再加入称量的钛酸四丁酯，稍微加热直至混合均匀，而配成浅黄色的溶液B；将B溶液缓慢滴入搅拌中的A溶液，70℃水浴加热回流6h，得到浅黄色澄清BNT溶胶；c、交替镀膜热处理：在(Pt/TiO2/Ti/SiO2/Si)基片上通过旋涂法镀KNN膜，转速为3200r/min,时间为30s，将湿膜在200℃烘干水分，然后在以4℃/min升到500℃的马弗炉中，保温10min，第二层镀BNT膜，同样热处理条件，重复上述步骤三次，即交替旋涂6层，然后在700℃退火处理10min，最终薄膜厚度~4μm。2CN102848656A说明书1/5页钛酸铋钠和铌酸钾钠交替旋涂无铅压电厚膜的制备方法技术领域[0001]钛酸铋钠和铌酸钾钠交替旋涂无铅压电厚膜的制备方法。背景技术[0002]随着电子元器件小型化及新型电子元器件（如微电子机械器件，简称MEMS）的发展，极大地促进了材料的研究从体材料向膜材料的转变，因而从20世纪90年代世界各国科技工作者致力于寻找一种压电性能优越、制备方法简单、而不给环境带来损害的无铅陶瓷薄膜。具有ABO3型钙钛矿结构的Bi0.5Na0.5TiO3（BNT）和K0.5Na0.5NbO3（KNN）基无铅压电陶瓷薄膜具有压电系数高、介电常数小、居里温度高等特点，被认为是最有希望替代PZT压电陶瓷材料的无铅压电材料体系。但纯BNT无铅压电陶瓷薄膜的矫顽场强较高，难以极化；而传统工艺在制备纯的KNN无铅压电陶瓷薄膜过程中，由于成膜和热处理过程中碱金属元素容易挥发、难以获得表面致密的薄膜、不易获得饱和的电滞回线等特点，也制约了KNN无铅压电薄膜的实用化发展。[0003]近年来，国内外开始尝试通过掺杂改性研究等各种方法制备BNT和KNN无铅压电薄膜，并取得了一定的进展，为无铅压电陶瓷薄膜的实用化奠定了良好的基础。WangDY等人采用脉冲激光沉积法成功得在(Pt/TiO2/Ti/SiO2/Si)基