本地化水热技术:种植钛酸钡薄膜的一种新方法在大气压力

维克多·M。Fuenzalida鲍里斯•Chornik,罗德里戈。埃斯皮诺萨,毛E。Pilleux马塞洛E。罗伯斯,雷蒙。萨拉特和亚历杭德罗L。卡布瑞拉

版权AD-Tech;被许可方AZoM.com企业有限公司

这是一个偶氮开放获取奖励机制(AZo-OARS) AZo-OARS分布式根据条//www.wireless-io.com/oars.asp它允许无限制的正确使用提供了最初的工作是引用,但仅限于非商业分布和繁殖。

发布:2005年9月

主题

文摘

关键字

介绍

实验

结果与讨论

钛箔片水平放置

钛箔垂直放置

和锆铌衬托在Ba (OH) 2

结论

引用

详细联系方式

文摘

我们已经开发出一种新方法被称为“局部水热技术”钛酸钡的涂料或其他复杂的钛氧化物。在这种方法中,薄膜生长在过渡金属基板的电阻加热衬底虽然沉浸在碱土氢氧化水溶液,因此本地获取水热条件。我们的实验进行了钛、铌和锆金属箔沉浸在钡或氢氧化锶最初在室温下的解决方案。两个箔方向内部使用解决方案:水平或垂直。箔被加热循环一个交流电流通过它们,直到箔温度达到130ºC。当前申请15分钟在大气压力的解决方案。电影发展观察下脸上的衬托水平地放置在溶液中,而没有观察到在顶面涂料。然而,双方都涂样本时垂直放置。电影表现出的特征结构存款在标准的水热条件下的解决方案。

关键字

热液、薄膜、钛酸钡、材料制造、软化学

介绍

先进材料制造技术可分为单一或多步骤的过程。后者强调环境、能源消耗和高成本的技术。软化学或软溶液处理,包括水热技术,是一个单步过程,比真空或环境友好化学汽相淀积薄膜的[1]。

水热技术已被用于制备钙钛矿的薄膜^二世B^四世O₃形成自1989 (2、3)。最初,BaTiO₃(BT)和SrTiO₃电影是由这种技术[4],后来其他化合物也合成(5、6)。的方法在于浸B-metal(通常是钛或锆)或非金属基材的涂布与B-metal包含离子在碱性水溶液温度高于100ºC几个小时,与压力远高于一个大气压。温度低至55ºC和低压力也被用于合成BT电影[7]。兼容性与微结构技术用于半导体行业已经被增长2.5μm特性显示低于100ºC [8]。热液膜制备了ref。[3]。

尽管水热技术是一个相对较低能耗技术,标准的热液或mild-hydrothermal流程(低于100ºC)需要提高完成容器的温度及其周边地区,这样的解决方案可以加热到工作温度。在这个工作我们提出一个修改的技术导致更低的能源消耗过程,我们称为“局部水热技术”,BaTiO制造的₃电影,可以扩展到几个复杂的氧化物薄膜。这种技术使用焦耳效应局部加热的碱土金属板沉浸在水溶液中氢氧化反应产生热液表面的金属,形成一个复杂氧化物的沉积。在本文中,我们目前的成功的结果BaTiO的形成₃电影在钛金属箔沉浸在Ba(哦)₂解决方案。最近类似的技术已经应用到沉积羟基磷灰石涂层的钛[9]。在这个实验中没有和衬底之间的化学反应和关键的解决方案是使用羟磷灰石的降低溶解度随着温度沉淀膜在加热的衬底上。

实验

在第一组实验中基质是矩形钛箔0.13毫米厚和30 x 10毫米。他们的室温电阻约0.01欧姆。供应商报告的主要杂质(Mat-Vac技术)是铁(1200 ppm)和氧(750 ppm)。样本为点焊钛酒吧厚0.91毫米,宽19.4毫米,长102毫米,清洁。样品位置的解决方案是水平或垂直。在这两种情况下,样本覆盖着约5毫米的解决方案。图1展示了实验样品时设置水平放置。

0.25 Ba(哦)₂溶液制备纯度98%活性(丙烯酰胺,主要杂质:Sr)和蒸馏水之前加热去除有限公司₂。(80 - 90毫升)的解决方案是放置在一个聚四氟乙烯烧杯和示例沉浸在里面,然后一个交流电流通过样本。当前稳定在52,导致电流密度40 /毫米²耗散功率约25 W,远远少于所需加热整个容器中使用标准的设置。

在第二组实验中样品要么是点焊或与钛螺丝固定,钛棒直径3.25毫米和80毫米长。一些实验进行使用和铌锆代替钛箔。

箔的温度测量用能经受考验热电偶在密切接触。在一些实验热电偶点焊金属箔。箔温度变化从40°C到130°C在8分钟,其余的实验期间保持不变,其总持续时间为15分钟。

样本特征通过x射线衍射(XRD)、x射线光电子能谱(XPS)、俄歇电子能谱(AES),台光谱和扫描电子显微镜(SEM)。XRD进行西门子D5000装置。XPS和AES测定1257年物理电子学系统,而微拉曼光谱被记录在LabRam 010从ISA和SEM进行飞利浦SFEG XL30乐器。

结果与讨论

钛箔Pl发球直接得分水平

较低的样品制作水平位置的局部热液技术蓝色或紫色是由于光线干扰,通常表现出大拉长点大约10毫米的长度(电影),有时一些小斑点周围。只有几个黑点显示的顶面。一些实验进行的金属箔包围内部直径6毫米聚四氟乙烯管,以避免对流热损失,但这些样品没有表现出任何电影可以通过简单的观察,发现除了几个黑点。所有这些视觉观察经XRD和XPS测量,揭示出这部电影增长只发生在较低的金属箔。也观察到类似的结果Lisoniet al。在面向(001)金红石样品放置水平在0.5 Ba(哦)₂在200ºC和治疗4 h, BT在哪里报道增长只有较低的脸上,而不是上一个[10]。Suchaneket al。[11]报道,BT电影的粒径与流速越来越快的解决方案(醋酸钡的情况下)。压电薄膜成核,然而,可以抑制风潮,因为对流是直接与材料供应相关的电影[12]。我们建议我们的热液层条件下对流的差异之间的顶部和底部的地带是这些极端的负责任的增长率的差异。

图2显示了台测量。曲线a)对应于衬底的地区没有观察到,没有表现出增长的损失由于钛酸钡。曲线b)从BT单晶作为参考:锋利的峰值为305厘米¹和更广泛的一个约720厘米¹是正方的特征相的钛酸钡和缺席立方相。曲线c)被记录从hydrothermal-electrochemical电影增长在80ºc和ref。[13]中描述,在钛酸钡的广泛的特性与峰值共存的衬底(可能反映),从而揭示薄膜。曲线d)产生的记录从一个样本在目前的工作。没有损失与底物相关联,可以解读为膜厚比c)获得。钛酸钡的广义特征揭示的影片,而结晶度差,尽管扭曲特性在305厘米左右¹发现,允许pseudocubic BT的识别阶段的区域连续电影,揭示了相同pseudocubic BT的电影。

XPS谱(图中未显示)表现出通常的碳污染和钡(II),钛(IV)和氧信号在BT适当的化学计量比,类似于那些已经报道在ref。[14]。

表面涂层观察到光和颜色的非均质性的拉曼光谱进一步利用俄歇电子能谱(AES)研究。图3显示了AES谱的下表面(a、b和c),从上表面(d)样本的一阶导数表示。光谱film-free地区)记录,显示出一些碳污染,钛和氧AES山峰,只和钡的痕迹,几乎不可见的记录数据。读者必须意识到频谱在dN / dE模式而不是d (NE) / dE模式,因此钡振幅小于出现在大多数发表的光谱。BT电影是由曲线b),在更大数量的钡和观察碳含量较低。曲线c)被记录从一个小点在涂层。大数量的碳表明一些碳酸盐共存与BT的电影。频谱d),记录在一个黑点在上面的示例中,只显示钛的痕迹,但明确的山峰从碳、氧和钡。我们建议,这对应于沉淀碳酸钡,没有BT成核发生在金属箔上的一面。

钛箔垂直放置

钛样品垂直放置在Ba (OH)和治疗₂电影表现出均匀的颜色从紫色到深蓝。图4是一个XRD显示BaTiO(110)反射的记录₃,而插图的高分辨率扫描(110)反射表现出没有分裂,从而确定材料作为正方的立方相反,通常在热水地电影[2]。图5是一个扫描电镜显微照片展示电影从解决方案的微观结构特征,文献[2]中类似的报道和其他作者。所有的电影似乎增加了类似标准热液处理加压的容器。几个样品的平均膜厚是由减肥方法,即。之前和之后,重涂带去除盐酸的电影。质量变化对样品大约0.05毫克2厘米²。假设为电影的体积密度5.85克/厘米³,平均膜厚度约为50纳米,与错误相关的2 nm质量改变的决心。可能最大的但未知错误假设的体积密度的电影。

钛箔放置在Sr(哦)₂增长的黄金有色电影表现出反射从SrTiO二氧化钛,但不是₃XRD检测。然而,锶合并由XPS观察。涂料的颜色恰逢Pilleux所观察到的et al。在热水地种植SrTiO₃电影在钛箔[15]。

钛箔处理饱和Ca (OH)的解决方案₂表现出类似的金色光芒,但是没有显示预期的比率₃反映在XRD,被岩漠也不报道et al。两个小时的传统热液治疗后在121ºC [16]。XPS表面结合钙的检测,观察在某些情况下甚至在氩离子侵蚀后,持续的观察ref。[16]。这表明钛酸钙增长需要更长时间,可能是因为低浓度的Ca^{2 +}离子的饱和Ca(哦)₂解决方案。看来,目前常用的温度不足够高的水晶比率增长₃,可以在传统的热液处理在200ºC [17]。

锆和NiobiumF油T振动时效在Ba(哦)₂

锆衬托治疗如表1所示没有显示公司钡在XPS和从ZrO只表现出反射₂XRD检测。这与其他报告是一致的,因为BaZrO₃增长需要热液治疗超过200ºC [6]。

铌衬托视为报道表1中表现出一个金色的颜色。钡成立至少几十纳米,通过XPS协助氩离子溅射如图所示。提供的定量估计XPS接近名义NbBa组成₂O₇。另一方面,大量的反射被发现通过XRD(没有显示)。其中一些与氧化铌,但没有人的表格式氧化物Ba-Nb-O组成。自我们的知识没有报告Ba-Nb-O电影通过水热技术的发展,不可能做出任何明确声明目前关于铌酸电影通过这些方法的发展。

结论

我们有展示了一个新的程序BaTiO增长₃金属钛薄膜在使用“局部热液增长”。这技术涉及到的部分加热只有金属基板我nside水溶液与碱土离子在温度高达130ºC在大气压力。这种技术使用一个非常简单和低能耗实验装置以前没有报道制备钙钛矿的薄膜。该技术未能在锆基质种植的电影,可以随时增加了传统的热液和electrochemical-hydrothermal方法。

从2022年电子书CHEMUK——亮点

编译的采访、文章和新闻在去年。欧洲杯猜球平台

下载一个免费的副本

*这组样品水平定位和表现出电影增长较低的一侧。

确认

目前的工作是由智利政府拨款FONDAP 11980002和FONDECYT 11980002下,和在格兰特C-13680/5 Fundacion安第斯山脉。j .先生的帮助我们承认Ampuero XRD数据记录和j.p.先生的援助Wiff执行热液实验。我们可以收集拉曼数据由于j . Baier博士的技术专长。我们还要感谢格兰特FONDEF D97F1001融资收购台系统。

引用

1。m . Yoshimura w . Suchanek, k . Byrappa“软解处理:一步法处理先进无机材料”的策略,牛夫人。欧洲杯足球竞彩25(9)(2000)17-25。

2。m . Yoshimura s e . Yoo h . Hayashi和n . Ishizawa“Hydrothermal-Electrochemical BT薄膜的制备方法”,日本。j:。理论物理,28(1989)l2007 - 2009。

3所示。m . Yoshimura和w . Suchanek morphology-controlled先进陶瓷材料的原位制备软溶液处理”,固态离子,欧洲杯足球竞彩98年(1997)197 - 208。

4所示。M . e . Pilleux c . r . Grahmann诉M。Fuenzalida和r·e·阿维拉”:热液ABO3陶瓷薄膜”。冲浪。科学。,65/66(1993)283 - 288。

5。S-W。韩歌,钴Sasagawa, t .渡边和m . Yoshimura”效应的LiOH浓度变化对同时准备LiCoO2电影和粉的水热法”,固态离子,135年(2000)277 - 281。

6。v . m . Fuenzalida和m . e . Pilleux热水地种植BaZrO3电影在锆金属微结构,XPS和AES深度剖析”,j .板牙。Res。10(1995)2749。

7所示。p . Bendale s Venigalla j·安布罗斯,e . Verink和j·阿黛尔,“制备钛酸钡薄膜在55ºC的电化学方法”,j。陶瓷。Soc。76年(1993)2619 - 2626。

8。t·霍夫曼m . Gultzow c . m . Sotomayor-Torres Th。娃娃,v . m . Fuenzalida“钛酸钡薄膜的微观结构水热生长和发射技术”,板牙。科学。Semicond。过程。2(1999)335 - 340。

9。k .黑田r . Ichino m . Okido和o . Takai“热底物羟磷灰石涂层钛水溶液法”,j .生物医学。板牙。Res。59(2002)390 - 397。

10。Judit g . Lisoni c·h·雷·t·霍夫曼和v . m . Fuenzalida“二氧化钛单晶热液钛酸钡的增长”,冲浪。Sci,515年(2002)431 - 440。

11。w . Suchanek、t .渡边和m . Yoshimura“Hydrothermal-Electrochemical制备钛酸钡薄膜的方法在流动的解决方案”,固态离子,109年(1998)65 - 72。

12。w . l . Suchanek m . Oledzka k . Mikulka-Bolen r·l·菲m . Lenka l . McCandlish和e·e·Riman“水动力效应的热液Syntesis锆钛酸铅粉体和外延薄膜”,在Proc。第五Int。Conf. Solvo-thermal反应,2002年7月22日至26日,东不伦瑞克,新泽西州。

13。p·瓦尔韦德,”的影响潜力和浓度Hydrothermal-Electrochemical合成钛酸钡”,论文,来自智利圣地亚哥大学,圣地亚哥,智利,1999(西班牙语)。

14。s . Escobar c·席尔瓦,t·巴尔加斯和v . m . Fuenzalida Hydrothermal-Electrochemical增长中“成核和抑制控制钛酸钡电影”,j。陶瓷。Soc。83年(2000)2673 - 2676。

15。m . e . Pilleux c . r . Grahmann和v . m . Fuenzalida“热液在钛SrTiO3电影:XPS和AES研究”,j。陶瓷。Soc。77年(1994)1601 - 1604。

16。k .岩漠m .今敏t . Hanawa k Yokoyama y宫本茂,和k . Asaoka“水热改性钙钛表面的解决方案”,生物材料,欧洲杯足球竞彩23(2002)2265 - 2272。

17所示。m . Yoshimura w . Urushihara、m . Yashima和m . Kakihana“hydrothermal-electrochemical CaTiO3涂层多弧离子镀技术”,金属间化合物,3(1995)126 - 168。

详细联系方式