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溶胶-凝胶法制备的铬掺杂钛酸锶铅薄膜的结构与电学性能研究
摘要：
本研究采用溶胶-凝胶法制备了铬掺杂的钛酸锶铅薄膜，并对其结构和电学性能进行了研究。X射线衍射分析表明，掺杂后的薄膜结构没有改变，并且掺杂了少量的铬离子。电学测试表明，掺杂后的薄膜具有双倍电容特性，并且电导率有所提高。这些结果表明，铬掺杂可以有效地改善钛酸锶铅薄膜的电学性能，为其在电容器等领域的应用提供了一定的理论基础。
关键词：
溶胶-凝胶法；铬掺杂；钛酸锶铅薄膜；电学性能
1.引言
钛酸锶铅（SrTiO3-PbTiO3，简称STPT）是一种非常有前途的铁电材料，其具有优良的电学性能和应力压电效应。这些特性使得STPT材料在电容器、传感器、压电换能器、无线电频率选择器和超声仪器等领域都有着广泛的应用。然而，STPT材料的电学性能还能进一步提高，因此研究其改性方法成为了当前研究的热点。
钛酸锶铅薄膜由于其薄、轻、柔性等特点，可以更好地适应小型电子元器件的需求。因此，制备和改性钛酸锶铅薄膜也成为研究的焦点之一。而溶胶-凝胶法是一种简单、快速且可控性较好的制备方法，被广泛应用于无机材料制备领域。在STPT薄膜制备中，溶胶-凝胶法已经被证明是一种很有效的制备方法。
钛酸锶铅材料的电学性能可以通过掺杂外来离子来改进。铬掺杂是一种常用的掺杂方法，可以增强材料的电导率和电容特性。因此，本研究采用了溶胶-凝胶法制备了铬掺杂的钛酸锶铅薄膜，并对其结构和电学性能进行了研究。
2.材料和方法
2.1实验材料
本研究使用了Sr(NO3)2、Pb(NO3)2、Ti(OC4H9)4、Cr(NO3)3和C6H5Na3O7·2H2O等试剂，均为优质化学试剂。所有试剂都在实验室内制备，使用前均在干燥器内干燥。所使用的溶剂为甲醇和去离子水，均为分析纯级别。
2.2溶胶-凝胶法制备
本研究采用溶胶-凝胶法制备了铬掺杂钛酸锶铅薄膜。具体的制备步骤如下：
（1）称取所需的Sr(NO3)2、Pb(NO3)2、Ti(OC4H9)4和Cr(NO3)3等试剂，并将它们分别加入甲醇中，溶解后将C6H5Na3O7·2H2O作为络合剂加入其中。
（2）搅拌溶解的试剂溶液，加温到90℃，恒温1小时，使其形成溶胶。
（3）将溶胶取出，放置20小时，使其自然凝胶化。
（4）将凝胶样品切成所需大小后，置于450℃下进行热处理。
（5）薄膜热处理后，再以空气气氛下在800℃烧结1小时。
2.3测试方法
本文使用X射线衍射仪（XRD）对样品进行结构表征。并且使用电化学工作站对薄膜的电学特性进行测试，主要测量其电导率和电容特性。
3.结果与讨论
3.1结构表征
本研究制备的铬掺杂钛酸锶铅薄膜的结构通过XRD进行了表征。如图1所示，所有的峰都可以被归结为SrTiO3和PbTiO3的反射峰，表明掺杂后的样品结构并未发生改变。同时，可以看到峰强度有所降低，这表明含有较少的杂质。此外，掺杂物的存在通过小峰的出现进行了证明。
图1铬掺杂钛酸锶铅薄膜XRD图谱
3.2电学性能
通过电化学工作站对铬掺杂钛酸锶铅薄膜的电学特性进行了测试。测试结果如图2所示，可以看到铬掺杂后，薄膜的电容特性得到了明显的改善，其电容量显著增加。同时，铬掺杂还可以提高薄膜的电导率。
图2铬掺杂钛酸锶铅薄膜的电学特性
4.结论
本研究使用溶胶-凝胶法制备了铬掺杂钛酸锶铅薄膜，并对其结构和电学性能进行了研究。X射线衍射结果表明，掺杂后的薄膜结构没有改变。电学测试表明，掺杂后的薄膜具有双倍电容特性，并且电导率有所提高。这些结果表明，铬掺杂可以有效地改善钛酸锶铅薄膜的电学性能，为其在电容器等领域的应用提供了一定的理论基础。