溶膠-凝膠法製備銅酸鑭(La₂CuO₄)薄膜的方法

2023-12-06 14:29:06 2

專利名稱：溶膠-凝膠法製備銅酸鑭(La2CuO4)薄膜的方法
技術領域：
本發明涉及一種La2CuO4薄膜的製備方法，具體涉及一種溶膠-凝膠法製備銅酸鑭 (La2CuO4)薄膜的方法。
背景技術：
隨著高溫超導研究的快速發展，尤其是液氮溫度以上的超導體的發現，為超導體的廣泛應用打開了方便之門，這也促使氧化物超導體薄膜物理和技術的飛速發展。就基礎研究而言，在薄膜材料中，由於薄膜和基片之間晶格失配而在薄膜中產生應力(應變)，而使薄膜材料的性質有別於體材料的性質。充分理解這些性能的物理含義對於揭示超導機理是十分必要的，在這一方面，由於La2CuO4體系結構和化學成份簡單，可摻雜範圍廣，La2CuO4 體系將是研究超導機理理想的材料。同時，La2CuO4是類鈣鈦礦型(A2BO4)複合氧化物，它比ABO3型氧化物多了一個AO 巖鹽層。它的存在使層中的BO6A面體發生畸變，從而在較大的彈性範圍內使結構穩定。由於其本身是一種非整比化合物，結構中可能存在著A位離子缺位和氧空位，使其具有氣敏性，可以作為氣體傳感器，因而受到廣泛的重視。目前，關於製備La2CuO4薄膜的報導較少，汪春昌[WangChunchang. Oxygen Intercalation and Related Properties of La2CuO4Bulk Samples[D].北京清華大學， 2004.]採用脈衝雷射沉積法(PLD)，以LaAW3為襯底，製備出La2CuO4薄膜，但這種方法設備要求高，工藝複雜，很難製備高質量的外延薄膜。

發明內容
本發明的目的是提供了一種不僅製備成本低，而且操作簡單，反應周期短的高質量高純的溶膠-凝膠法製備銅酸鑭(La2CuO4)薄膜的方法。為達到上述目的，本發明採用的技術方案是1)將分析純的硝酸鑭(La (NO3) 3 · 6H20)溶於60ml IOOml蒸餾水中製成La3+濃度為0. 2mol/L 0. 6mol/L的溶液A ；2)向溶液A中加入分析純的硝酸銅(Cu (NO3) 3 · 3H20)，使得La3+與Cu2+的摩爾比為2 1，並不斷攪拌，然後再向溶液中加入檸檬酸，使檸檬酸與所有陽離子的摩爾比為 (0.6 2) 1，加入1 10滴乙醯丙酮，攪拌形成均勻溶膠，將溶膠靜置陳化IOh 30h 得鍍膜液B;3)將矽基板放入雙氧水中超聲振蕩Ih 3h，使其具有活性，然後將矽基板放入乾燥箱中在60°C 100°C下乾燥；4)將乾燥好的矽基板在鍍膜液B中進行提拉鍍膜，即將乾燥好的矽基板浸入B溶膠中，然後勻速緩慢的將矽基板拉出，放入乾燥箱中在50 70°C下乾燥3 10分鐘，重複鍍膜1 5次；5)將鍍膜後的矽基板放入馬弗爐中在450°C 800°C下煅燒2 6h，隨爐冷卻至室溫，即得到不含雜質的高純La2CuO4薄膜。本發明採用無機體系的溶膠-凝膠法製備La2CuO4薄膜，它的優點是凝膠中不同組員分布均勻，達到分子級或原子級，反應過程易於控制，可得到高質量的La2CuO4薄膜，並且設備要求低，操作簡單。且溶膠_凝膠法在相對較低的溫度下(600°C )製備出了不含雜質的高純La2CuO4薄膜。製得的La2CuO4薄膜晶粒尺寸較小，並且不含雜質，製備La2CuO4薄膜反應周期短，重複性好，設備簡單，操作方便，原料易得，製備成本較低。


圖1為實施例1所製備的La2CuO4薄膜的X-射線衍射(XRD)圖譜。圖2為實施例1所製備的La2CuO4薄膜的金相顯微(OM)照片。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。實施例1 1)將分析純的硝酸鑭(La (NO3) 3 · 6H20)溶於60ml蒸餾水中製成La3+濃度為 0. 2mol/L 的溶液 A;2)向溶液A中加入分析純的硝酸銅(Cu(NO3)3 · 3H20)，使得La3+與Cu2+的摩爾比為2 1，並不斷攪拌，然後再向溶液中加入檸檬酸，使檸檬酸與所有陽離子的摩爾比為 1.2 1，加入1滴乙醯丙酮，攪拌形成均勻溶膠，將溶膠靜置陳化15h得鍍膜液B;3)將矽基板放入雙氧水中超聲振蕩lh，使其具有活性，然後將矽基板放入乾燥箱中在60°C下乾燥；4)將乾燥好的矽基板在鍍膜液B中進行提拉鍍膜，即將乾燥好的矽基板浸入B溶膠中，然後勻速緩慢的將矽基板拉出，放入乾燥箱中在60°C下乾燥6分鐘，重複鍍膜1次；5)將鍍膜後的矽基板放入馬弗爐中在600°C下煅燒2h，隨爐冷卻至室溫，即得到不含雜質的高純La2CuO4薄膜。由圖1可以看出所製備的薄膜為單一相的La2CuO4，由圖2可以看出，薄膜較為緻密平整。實施例2 1)將分析純的硝酸鑭(La (NO3) 3 · 6H20)溶於70ml蒸餾水中製成La3+濃度為 0. 3mol/L 的溶液 A;2)向溶液A中加入分析純的硝酸銅(Cu(NO3)3 · 3H20)，使得La3+與Cu2+的摩爾比為2 1，並不斷攪拌，然後再向溶液中加入檸檬酸，使檸檬酸與所有陽離子的摩爾比為 0.6 1，加入4滴乙醯丙酮，攪拌形成均勻溶膠，將溶膠靜置陳化IOh得鍍膜液B;3)將矽基板放入雙氧水中超聲振蕩2h，使其具有活性，然後將矽基板放入乾燥箱中在80°C下乾燥；4)將乾燥好的矽基板在鍍膜液B中進行提拉鍍膜，即將乾燥好的矽基板浸入B溶膠中，然後勻速緩慢的將矽基板拉出，放入乾燥箱中在50°C下乾燥10分鐘，重複鍍膜3次；5)將鍍膜後的矽基板放入馬弗爐中在450°C下煅燒6h，隨爐冷卻至室溫，即得到不含雜質的高純La2CuO4薄膜。
實施例3 1)將分析純的硝酸鑭(La (NO3) 3 · 6H20)溶於90ml蒸餾水中製成La3+濃度為 0. 5mol/L 的溶液 A ；2)向溶液A中加入分析純的硝酸銅(Cu (NO3) 3·3Η20)，使得La3+與Cu2+的摩爾比為 2 1，並不斷攪拌，然後再向溶液中加入檸檬酸，使檸檬酸與所有陽離子的摩爾比為2 1， 加入7滴乙醯丙酮，攪拌形成均勻溶膠，將溶膠靜置陳化20h得鍍膜液B ；3)將矽基板放入雙氧水中超聲振蕩3h，使其具有活性，然後將矽基板放入乾燥箱中在100°C下乾燥；4)將乾燥好的矽基板在鍍膜液B中進行提拉鍍膜，即將乾燥好的矽基板浸入B溶膠中，然後勻速緩慢的將矽基板拉出，放入乾燥箱中在70°C下乾燥3分鐘，重複鍍膜5次；5)將鍍膜後的矽基板放入馬弗爐中在700°C下煅燒4h，隨爐冷卻至室溫，即得到不含雜質的高純La2CuO4薄膜。實施例4 1)將分析純的硝酸鑭(La(NO3)3-BH2O)溶於IOOml蒸餾水中製成La3+濃度為 0. 6mol/L 的溶液 A;2)向溶液A中加入分析純的硝酸銅(Cu(NO3)3 · 3H20)，使得La3+與Cu2+的摩爾比為2 1，並不斷攪拌，然後再向溶液中加入檸檬酸，使檸檬酸與所有陽離子的摩爾比為 1.5 1，加入10滴乙醯丙酮，攪拌形成均勻溶膠，將溶膠靜置陳化30h得鍍膜液B;3)將矽基板放入雙氧水中超聲振蕩2h，使其具有活性，然後將矽基板放入乾燥箱中在90°C下乾燥；4)將乾燥好的矽基板在鍍膜液B中進行提拉鍍膜，即將乾燥好的矽基板浸入B溶膠中，然後勻速緩慢的將矽基板拉出，放入乾燥箱中在65°C下乾燥8分鐘，重複鍍膜2次；5)將鍍膜後的矽基板放入馬弗爐中在800°C下煅燒3h，隨爐冷卻至室溫，即得到不含雜質的高純La2CuO4薄膜。
權利要求
1.溶膠-凝膠法製備銅酸鑭(La2CuO4)薄膜的方法，其特徵在於1)將分析純的硝酸鑭(La(NO3)3· 6H20)溶於60ml IOOml蒸餾水中製成La3+濃度為 0. 2mol/L 0. 6mol/L 的溶液 A ；2)向溶液A中加入分析純的硝酸銅(Cu(NO3)3·3Η20)，使得La3+與Cu2+的摩爾比為2 1，並不斷攪拌，然後再向溶液中加入檸檬酸，使檸檬酸與所有陽離子的摩爾比為 (0.6 2) 1，加入1 10滴乙醯丙酮，攪拌形成均勻溶膠，將溶膠靜置陳化IOh 30h 得鍍膜液B;3)將矽基板放入雙氧水中超聲振蕩Ih 池，使其具有活性，然後將矽基板放入乾燥箱中在60°C 100°C下乾燥；4)將乾燥好的矽基板在鍍膜液B中進行提拉鍍膜，即將乾燥好的矽基板浸入B溶膠中， 然後勻速緩慢的將矽基板拉出，放入乾燥箱中在50 70°C下乾燥3 10分鐘，重複鍍膜 1 5次；5)將鍍膜後的矽基板放入馬弗爐中在450°C 800°C下煅燒2 6h，隨爐冷卻至室溫， 即得到不含雜質的高純La2CuO4薄膜。
全文摘要
溶膠-凝膠法製備銅酸鑭薄膜的方法，將硝酸鑭溶於蒸餾水得溶液A；向溶液A中加入硝酸銅，然後加入檸檬酸和乙醯丙酮得鍍膜液B；將矽基板放入雙氧水中超聲振蕩後乾燥；將乾燥好的矽基板在鍍膜液B中進行提拉鍍膜；將鍍膜後的矽基板放入馬弗爐中煅燒後得到不含雜質的高純La2CuO4薄膜。本發明採用無機體系的溶膠-凝膠法製備La2CuO4薄膜，它的優點是凝膠中不同組員分布均勻，達到分子級或原子級，反應過程易於控制，可得到高質量的La2CuO4薄膜，並且設備要求低，操作簡單。且溶膠-凝膠法在相對較低的溫度下製備出了不含雜質的高純La2CuO4薄膜。製得的La2CuO4薄膜晶粒尺寸較小，並且不含雜質，製備La2CuO4薄膜反應周期短，重複性好，設備簡單，操作方便，原料易得，製備成本較低。
文檔編號C01G3/00GK102515242SQ20111037588
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月23日 優先權日2011年11月23日
發明者侯豔超, 吳建鵬, 曹麗雲, 李意峰, 黃劍鋒 申請人:陝西科技大學