CN105271798B - 一种高铁磁性能和铁电性能的Bi0.9Er0.1Fe1‑xCoxO3薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高铁磁性能和铁电性能的Bi0.9Er0.1Fe1‑xCoxO3薄膜及其制备方法，以硝酸铋、硝酸铁、硝酸钴和硝酸铒为原料制备Bi0.9Er0.1Fe1‑xCoxO3前驱液，x＝0.01～0.03，在基板上旋涂Bi0.9Er0.1Fe1‑xCoxO3前驱液，再经匀胶、烘干、退火，得到高铁磁性能和铁电性能的Bi0.9Er0.1Fe1‑xCoxO3薄膜。本发明设备要求简单，实验条件容易达到，掺杂量容易控制，能够大幅度提高BiFeO3薄膜的铁磁性能，制得的Bi0.9Er0.1Fe1‑xCoxO3薄膜均匀性好，并具有较高的磁化强度和剩余极化强度。
Description
技术领域
本发明属于功能材料领域，涉及一种高铁磁性能和铁电性能的Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜及其制备方法。
背景技术
多铁材料为在同一相中同时具有铁电有序(反铁电有序)、铁磁有序(反铁磁有序)或铁弹有序，并且在一定温度范围内，这几种有序相互耦合由此极大的改变了多铁材料的性能。多铁性(磁电)材料作为一种新型多功能材料，不但能用于单一铁性材料的应用领域，更在新型磁-电传感器件、自旋电子器件、新型信息存储器件等领域展现出巨大的应用前景。BiFeO3是目前单相多铁性磁电材料中唯一具有高于室温的居里温度850℃和尼尔温度370℃的材料，因此受到了广泛的研究。
但是由于BiFeO3的螺旋磁结构，使得BiFeO3呈G型反铁磁性，在低电场下仅表现出微弱的铁磁性，其较小的磁电耦合特性阻碍了其在多铁方面的实际应用。一般ABO3钙钛矿结构的铁电体需要B位离子的d轨道上没有电子占据而呈d0态。而对于d轨道上没有电子的结构，其无法形成局域磁矩，即无法产生任何种类的磁有序结构。这两种完全不同的物理性质从理论上被证明是相互排斥的。BiFeO3材料在室温下仅具有弱磁性，这将限制其进一步的发展。而若破坏BiFeO3的自旋调制结构，则可以使磁性得到增强。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高铁磁性能和铁电性能的Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜及其制备方法，该方法中掺杂量容易控制，制备的Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜均匀性好，且具有高铁磁性能和铁电性能，能够提高BiFeO3薄膜的铁磁性能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高铁磁性能和铁电性能的Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜，其化学式为Bi0.9Er0.1Fe1- xCoxO3，其中x＝0.01～0.03，其晶型为菱方R3c:H与三斜P1相共存。
其饱和磁化强度为2.36～17.1emu/cm3，剩余磁化强度为0.24～6.2emu/cm3。
在1kHz频率及750kV/cm测试电场下，其饱和极化强度为70.77～141.81μC/cm2、剩余极化强度为57.72～126.67μC/cm2、矫顽场为384～622kV/cm。
高铁磁性能和铁电性能的Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，按摩尔比为0.945:0.10:1-x:x将硝酸铋、硝酸铒、硝酸铁和硝酸钴溶于溶剂中，搅拌均匀，得到Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3前驱液，其中Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3前驱液中金属离子的总浓度为0.1～0.3mol/L，x＝0.01～0.03，溶剂为乙二醇甲醚和醋酸酐的混合液；
步骤2，采用旋涂法在FTO/glass基片上旋涂Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3前驱液，得湿膜，湿膜经匀胶后在180～200℃烘烤，得干膜，干膜在500～550℃退火，得到Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜；
步骤3，冷却后，在Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜上重复步骤2，直至达到所需厚度，得到高铁磁性能和铁电性能的Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜。
所述溶剂中乙二醇甲醚和醋酸酐的体积比为(2.5～3.5):1。
所述步骤1中搅拌均匀所需的时间为1.5～2.5h。
所述步骤2在进行前先对FTO/glass基片进行清洗，然后在紫外光下照射处理，使FTO/glass 基片表面达到原子清洁度，再旋涂Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3前驱液。
所述步骤2中的匀胶转速为3500～4500r/min，匀胶时间为10～20s。
所述步骤2中的烘烤时间为5～8min。
所述步骤2中的退火时间为10～15min。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1.本发明提供的高铁磁性能和铁电性能的Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜的制备方法，以稀土元素Er进行BiFeO3的A位替代，以过渡金属元素Co进行BiFeO3的B位替代，制备出具有较高磁化强度和剩余极化强度的Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜。本发明中选择稀土元素Er在A位进行掺杂，由于Er离子半径与Bi离子半径相近，且Er是半径最小的稀土元素，固溶进晶格后可以有效地增加薄膜晶格的畸变，提高薄膜的磁性能，并抑制Bi元素的挥发，减少氧空位，从而有效地提高薄膜的磁电性能。选择Co进行B位的共掺可抑制Fe3+向Fe2+转变，减少薄膜中的缺陷，提高磁电性能，使薄膜可得到饱和的磁滞回线。
2.目前用于制备BiFeO3薄膜的方法有很多，如化学气相沉积法(CVD)、磁控溅射法(rf magnetron sputtering)、金属有机物沉积法(MOD)、金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)、液相沉积法(LPD)、分子束外延法(MBE)、脉冲激光沉积法(PLD)、溶胶-凝胶法(Sol-Gel)等。相比其他方法，溶胶凝胶法(Sol-Gel)由于设备简单，反应容易进行，反应温度较低，易操作，适宜在大的表面和形状不规则的表面上制备薄膜，易实现分子水平上的均匀掺杂，以及化学组分精确可控等优点而被广泛用来制备铁电材料。本发明中采用溶胶凝胶法制备BiFeO3薄膜，通过Er、Co共掺杂，在FTO基板上制备出Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜，设备要求简单，实验条件容易达到，掺杂量容易控制，能够通过掺杂大幅度地提高Bi0.9Er0.1Fe1- xCoxO3薄膜的铁磁性能，制得的Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜均匀性好，并具有较高的剩余极化强度。
3.本发明提供的高铁磁性能和铁电性能的Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜，在原本近似呈钙钛矿结构的铁酸铋晶格中掺杂稀土元素Er和过渡金属元素Co，使铁酸铋发生相变，晶格扭曲，结构畸变加剧，能够减少氧空位的含量，抑制Fe3+向Fe2+转变，从而减少薄膜中的缺陷，有效提高薄膜的磁性能，使本发明制得的Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜能够得到高的磁性能，同时具有优异的铁磁性能和铁电性能。
附图说明
图1是本发明实施例2制备的Bi0.9Er0.1Fe0.98Co0.02O3薄膜的XRD图；
图2是本发明实施例2制备的Bi0.9Er0.1Fe0.98Co0.02O3薄膜的SEM图；
图3是本发明制备的Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜的磁滞回线图；其中a为BiFeO3薄膜的磁滞回线，b为实施例1制得的Bi0.9Er0.1Fe0.99Co0.01O3薄膜的磁滞回线，c为实施例2制得的Bi0.9Er0.1Fe0.98Co0.02O3薄膜的磁滞回线，d为实施例3制得的Bi0.9Er0.1Fe0.97Co0.03O3薄膜的磁滞回线；
图4是图3的局部放大图；其中a为BiFeO3薄膜的磁滞回线，b为实施例1制得的Bi0.9Er0.1Fe0.99Co0.01O3薄膜的磁滞回线，c为实施例2制得的Bi0.9Er0.1Fe0.98Co0.02O3薄膜的磁滞回线，d为实施例3制得的Bi0.9Er0.1Fe0.97Co0.03O3薄膜的磁滞回线；
图5是本发明实施例2制备的Bi0.9Er0.1Fe0.98Co0.02O3薄膜的电滞回线图。
具体实施方式
下面结合附图和本发明优选的具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明提供的高铁磁性能和铁电性能的Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜(x＝0.01～0.03)，其晶型为菱方R3c:H与三斜P1相共存，在1kHz频率及750kV/cm测试电场下，其饱和极化强度为 70.77～141.81μC/cm2、剩余极化强度为57.72～126.67μC/cm2、矫顽场为384～622kV/cm，并且 Bi0.9Er0.1Fe0.98Co0.02O3薄膜的饱和磁化强度达到17.1emu/cm3，剩余磁化强度达6.2emu/cm3，同时Bi0.9Er0.1Fe0.99Co0.01O和Bi0.9Er0.1Fe0.97Co0.03O薄膜具有较好的磁性能，其饱和磁化强度分别为2.36emu/cm3和5.68emu/cm3，剩余磁化强度分别为0.24emu/cm3和2.2emu/cm3。
实施例1
步骤1，按摩尔比为0.945:0.10:0.99:0.01将硝酸铋、硝酸铒、硝酸铁和硝酸钴溶于溶剂中(硝酸铋过量，x＝0.01)，磁力搅拌2.5h后得到金属离子总浓度为0.1mol/L的稳定的 Bi0.9Er0.1Fe0.99Co0.01O3前驱液，其中溶剂是体积比为2.5:1的乙二醇甲醚和醋酸酐的混合液；
步骤2，选FTO/glass基片为基底，将基片依次置于洗涤剂、丙酮、乙醇中，分别用超声波清洗10min，然后用蒸馏水清洗基片并用氮气吹干；再置于60℃的烘箱中烘烤5min，之后取出静置至室温；最后将基片置于紫外光照射仪中照射40min，使基片表面达到“原子清洁度”。再采用旋涂法在FTO/glass基片上旋涂Bi0.9Er0.1Fe0.99Co0.01O3前驱液，得湿膜，匀胶速度为 3500r/min，匀胶时间为20s，匀胶结束后，在180℃下烘烤8min，得干膜，干膜再采用层层退火处理工艺在500℃退火15min，得Bi0.9Er0.1Fe0.99Co0.01O3薄膜；
步骤3，冷却后，在Bi0.9Er0.1Fe0.99Co0.01O3薄膜上重复步骤2，直至达到所需厚度，得到高铁磁性能和铁电性能的Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜。
实施例2
步骤1，按摩尔比为0.945:0.10:0.98:0.02将硝酸铋、硝酸铒、硝酸铁和硝酸钴溶于溶剂中 (硝酸铋过量，x＝0.02)，磁力搅拌2h后得到金属离子总浓度为0.2mol/L的稳定的 Bi0.9Er0.1Fe0.98Co0.02O3前驱液，其中溶剂是体积比为3:1的乙二醇甲醚和醋酸酐的混合液；
步骤2，选FTO/glass基片为基底，将基片依次置于洗涤剂、丙酮、乙醇中，分别用超声波清洗10min，然后用蒸馏水清洗基片并用氮气吹干；再置于60℃的烘箱中烘烤5min，之后取出静置至室温；最后将基片置于紫外光照射仪中照射40min，使基片表面达到“原子清洁度”。再采用旋涂法在FTO/glass基片上旋涂Bi0.9Er0.1Fe0.98Co0.02O3前驱液，得湿膜，匀胶速度为 4000r/min，匀胶时间为15s，匀胶结束后，在200℃下烘烤5min，得干膜，干膜再采用层层退火处理工艺在550℃退火10min，得Bi0.9Er0.1Fe0.98Co0.02O3薄膜；
步骤3，冷却后，在Bi0.9Er0.1Fe0.98Co0.02O3薄膜上重复步骤2，直至达到所需厚度，得到高铁磁性能和铁电性能的Bi0.9Er0.1Fe0.98Co0.02O3薄膜。
采用XRD测定本发明实施例2制得的Bi0.9Er0.1Fe0.98Co0.02O3薄膜的物相组成结构，结果如图1所示，其衍射峰与标准卡片[JCPDS NO.86-1518]吻合的很好，这表明本发明制备的 Bi0.9Er0.1Fe0.98Co0.02O3薄膜仍为扭曲的钙钛矿结构，晶型为菱方R3c:H与三斜P1相共存。
用FE-SEM测定本发明实施例2制得的Bi0.9Er0.1Fe0.98Co0.02O3薄膜的微观形貌，结果如图 2所示，可以看出制得的Bi0.9Er0.1Fe0.98Co0.02O3薄膜具有均匀致密的晶粒尺寸分布，这将有利于该薄膜的磁畴反转，提高该薄膜的铁电和铁磁性能。
图3为本发明制备的Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜的磁性能，图4为图3的局部放大图，图3 和图4中a为BiFeO3薄膜的磁滞回线，b为实施例1制得的Bi0.9Er0.1Fe0.99Co0.01O3薄膜的磁滞回线，c为实施例2制得的Bi0.9Er0.1Fe0.98Co0.02O3薄膜的磁滞回线，d为实施例3制得的Bi0.9Er0.1Fe0.97Co0.03O3薄膜的磁滞回线；通过图3和图4可以看出，实施例2制得的Bi0.9Er0.1Fe0.98Co0.02O3薄膜具有很好的磁性能，其饱和磁化强度达到17.1emu/cm3，剩余磁化强度达6.2emu/cm3，远远优于BiFeO3薄膜的磁性能；实施例3制得的Bi0.9Er0.1Fe0.97Co0.03O薄膜具有较好的磁性能，其饱和磁化强度为5.68emu/cm3，剩余磁化强度为2.2emu/cm3，优于BiFeO3薄膜的磁性能；实施例1制得的Bi0.9Er0.1Fe0.99Co0.01O薄膜具有较好的磁性能，其饱和磁化强度为2.36emu/cm3，剩余磁化强度为0.24emu/cm3，同样优于BiFeO3薄膜的磁性能；说明本发明制得的Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜能够提高BiFeO3薄膜的磁性能。
图5为本发明实施例2制得的Bi0.9Er0.1Fe0.98Co0.02O3薄膜用TF2000铁电测试***测试得到的薄膜铁电性能，通过图5可以看出，该薄膜具有饱和的电滞回线，在1kHz频率、750kV/cm 的测试电场下，测得其饱和极化强度为141.81μC/cm2，剩余极化强度为126.67μC/cm2，矫顽场为384kV/cm。
实施例3
步骤1，按摩尔比为0.945:0.10:0.97:0.03将硝酸铋、硝酸铒、硝酸铁和硝酸钴溶于溶剂中 (硝酸铋过量，x＝0.01)，磁力搅拌2h后得到金属离子总浓度为0.3mol/L的稳定的 Bi0.9Er0.1Fe0.97Co0.03O3前驱液，其中溶剂是体积比为3:1的乙二醇甲醚和醋酸酐的混合液；
步骤2，选FTO/glass基片为基底，将基片依次置于洗涤剂、丙酮、乙醇中，分别用超声波清洗10min，然后用蒸馏水清洗基片并用氮气吹干；再置于60℃的烘箱中烘烤5min，之后取出静置至室温；最后将基片置于紫外光照射仪中照射40min，使基片表面达到“原子清洁度”。再采用旋涂法在FTO/glass基片上旋涂Bi0.9Er0.1Fe0.97Co0.03O3前驱液，得湿膜，匀胶速度为 4000r/min，匀胶时间为15s，匀胶结束后，在200℃下烘烤5min，得干膜，干膜再采用层层退火处理工艺在550℃退火10min，得Bi0.9Er0.1Fe0.97Co0.03O3薄膜；
步骤3，冷却后，在Bi0.9Er0.1Fe0.97Co0.03O3薄膜上重复步骤2，直至达到所需厚度，得到高铁磁性能和铁电性能的Bi0.9Er0.1Fe0.97Co0.03O3薄膜。
实施例4
步骤1，按摩尔比为0.945:0.10:0.985:0.015将硝酸铋、硝酸铒、硝酸铁和硝酸钴溶于溶剂中(硝酸铋过量，x＝0.015)，磁力搅拌1.5h后得到金属离子总浓度为0.15mol/L的稳定的 Bi0.9Er0.1Fe0.985Co0.015O3前驱液，其中溶剂是体积比为3.5:1的乙二醇甲醚和醋酸酐的混合液；
步骤2，选FTO/glass基片为基底，将基片依次置于洗涤剂、丙酮、乙醇中，分别用超声波清洗10min，然后用蒸馏水清洗基片并用氮气吹干；再置于60℃的烘箱中烘烤5min，之后取出静置至室温；最后将基片置于紫外光照射仪中照射40min，使基片表面达到“原子清洁度”。再采用旋涂法在FTO/glass基片上旋涂Bi0.9Er0.1Fe0.985Co0.015O3前驱液，得湿膜，匀胶速度为 4500r/min，匀胶时间为10s，匀胶结束后，在190℃下烘烤7min，得干膜，干膜再采用层层退火处理工艺在520℃退火13min，得Bi0.9Er0.1Fe0.985Co0.015O3薄膜；
步骤3，冷却后，在Bi0.9Er0.1Fe0.985Co0.015O3薄膜上重复步骤2，直至达到所需厚度，得到高铁磁性能和铁电性能的Bi0.9Er0.1Fe0.985Co0.015O3薄膜。
实施例5
步骤1，按摩尔比为0.945:0.10:0.975:0.025将硝酸铋、硝酸铒、硝酸铁和硝酸钴溶于溶剂中(硝酸铋过量，x＝0.025)，磁力搅拌2.2h后得到金属离子总浓度为0.25mol/L的稳定的 Bi0.9Er0.1Fe0.975Co0.025O3前驱液，其中溶剂是体积比为2.8:1的乙二醇甲醚和醋酸酐的混合液；
步骤2，选FTO/glass基片为基底，将基片依次置于洗涤剂、丙酮、乙醇中，分别用超声波清洗10min，然后用蒸馏水清洗基片并用氮气吹干；再置于60℃的烘箱中烘烤5min，之后取出静置至室温；最后将基片置于紫外光照射仪中照射40min，使基片表面达到“原子清洁度”。再采用旋涂法在FTO/glass基片上旋涂Bi0.9Er0.1Fe0.975Co0.025O3前驱液，得湿膜，匀胶速度为 3800r/min，匀胶时间为18s，匀胶结束后，在195℃下烘烤6min，得干膜，干膜再采用层层退火处理工艺在530℃退火12min，得Bi0.9Er0.1Fe0.975Co0.025O3薄膜；
步骤3，冷却后，在Bi0.9Er0.1Fe0.975Co0.025O3薄膜上重复步骤2，直至达到所需厚度，得到高铁磁性能和铁电性能的Bi0.9Er0.1Fe0.975Co0.025O3薄膜。
以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种高铁磁性能和铁电性能的Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜，其特征在于：其化学式为Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3，其中x＝0.01～0.03，其晶型为菱方R3c:H与三斜P1相共存；其饱和磁化强度为2.36～17.1emu/cm3，剩余磁化强度为0.24～6.2emu/cm3；在1kHz频率及750kV/cm测试电场下，其饱和极化强度为70.77～141.81μC/cm2、剩余极化强度为57.72～126.67μC/cm2、矫顽场为384～622kV/cm。
2.权利要求1所述的高铁磁性能和铁电性能的Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，按摩尔比为0.945:0.10:1-x:x将硝酸铋、硝酸铒、硝酸铁和硝酸钴溶于溶剂中，搅拌均匀，得到Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3前驱液，其中Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3前驱液中金属离子的总浓度为0.1～0.3mol/L，x＝0.01～0.03，溶剂为乙二醇甲醚和醋酸酐的混合液；
步骤2，采用旋涂法在FTO/glass基片上旋涂Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3前驱液，得湿膜，湿膜经匀胶后在180～200℃烘烤，得干膜，干膜在500～550℃退火，得到Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜；
步骤3，冷却后，在Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜上重复步骤2，直至达到所需厚度，得到高铁磁性能和铁电性能的Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜。
3.根据权利要求2所述的高铁磁性能和铁电性能的Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜的制备方法，其特征在于：所述溶剂中乙二醇甲醚和醋酸酐的体积比为(2.5～3.5):1。
4.根据权利要求2所述的高铁磁性能和铁电性能的Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤1中搅拌均匀所需的时间为1.5～2.5h。
5.根据权利要求2所述的高铁磁性能和铁电性能的Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤2在进行前先对FTO/glass基片进行清洗，然后在紫外光下照射处理，使FTO/glass基片表面达到原子清洁度，再旋涂Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3前驱液。
6.根据权利要求2所述的高铁磁性能和铁电性能的Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤2中的匀胶转速为3500～4500r/min，匀胶时间为10～20s。
7.根据权利要求2所述的高铁磁性能和铁电性能的Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤2中的烘烤时间为5～8min。
8.根据权利要求2所述的高铁磁性能和铁电性能的Bi0.9Er0.1Fe1-xCoxO3薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤2中的退火时间为10～15min。
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Citations (1)
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Non-Patent Citations (3)
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| Enhancement of magnetic and ferroelectric properties of BiFeO3 by Er and transition element (Mn, Co) co-doping;Yumin Han etc.;《Materials Science and Engineering B》;20140617;第188卷;26-30 * |
| Structural phase transition and multiferroic properties of single-phase Bi1-xErxFe0.95Co0.05O3;Weiwei Mao etc.;《Materials Letters 》;20130415;第97卷;56-58 * |
| 多铁性材料Bi0.95R0.05(Fe0.95Co0.05)O3(R=La,Eu,Ho)的磁性及XAFS研究;李永涛等;《材料导报B：研究篇》;20131130;第27卷(第11期);1-3,11 * |
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