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铁电纳米链的制备方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2015-08-21
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2015-12-30
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2017-01-25
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2035-08-21
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201510516490.5 申请日 2015-08-21
公开/公告号 CN105110379B 公开/公告日 2017-01-25
授权日 2017-01-25 预估到期日 2035-08-21
申请年 2015年 公开/公告年 2017年
缴费截止日
分类号 C01G49/00H01L31/036B82Y40/00B82Y30/00 主分类号 C01G49/00
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 9
权利要求数量 10 非专利引证数量 0
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 被引证专利
专利权维持 5 专利申请国编码 CN
专利事件 转让 事务标签 公开、实质审查、授权、权利转移
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 重庆科技学院 当前专利权人 嘉兴巨腾信息科技有限公司
发明人 高荣礼、符春林、蔡苇、陈刚、邓小玲 第一发明人 高荣礼
地址 重庆市沙坪坝区虎溪大学城重庆科技学院 邮编 401331
申请人数量 1 发明人数量 5
申请人所在省 重庆市 申请人所在市 重庆市沙坪坝区
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
北京鸿元知识产权代理有限公司 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
王玉芝、陈英俊
摘要
本发明公开了一种具有特定取向的铁电纳米链的制备方法。该方法按以下步骤进行:步骤1)制备容器,取耐高温材料制成的基片,在基片的边缘固定围壁,形成制备铁电纳米链的容器,所述围壁的燃烧/分解温度低于铁电材料的燃烧/分解温度;步骤2)制备铁电性液体,取铁电纳米微粒,将铁电纳米微粒与亲油性表面活性剂均匀混合,然后,将铁电纳米微粒、亲油性表面活性剂的混合物加入硅油中,形成铁电性液体,将铁电性液体加入容器中;步骤3)制备铁电纳米链,对容器施加电场,得到沿着电场方向的铁电纳米链,施加电场的同时烘烤容器,烘干油性基液、亲油性表面活性剂之后煅烧容器,燃烧/分解掉容器的围壁后,即得到铁电纳米链。
  • 摘要附图
    铁电纳米链的制备方法
  • 说明书附图:图1
    铁电纳米链的制备方法
  • 说明书附图:图2
    铁电纳米链的制备方法
  • 说明书附图:图3
    铁电纳米链的制备方法
  • 说明书附图:图4
    铁电纳米链的制备方法
  • 说明书附图:图5
    铁电纳米链的制备方法
  • 说明书附图:图6
    铁电纳米链的制备方法
  • 说明书附图:图7
    铁电纳米链的制备方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2021-01-08 专利权的转移 登记生效日: 2020.12.25 专利权人由重庆科技学院变更为嘉兴巨腾信息科技有限公司 地址由401331 重庆市沙坪坝区虎溪大学城重庆科技学院变更为314500 浙江省嘉兴市桐乡市崇福镇世纪大道647幢
2 2017-01-25 授权
3 2015-12-30 实质审查的生效 IPC(主分类): C01G 49/00 专利申请号: 201510516490.5 申请日: 2015.08.21
4 2015-12-02 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种铁电纳米链的制备方法,其特征在于,该方法按以下步骤进行:
步骤1)制备容器
取耐高温材料制成的基片,在基片的边缘固定围壁,得到容器,所述围壁的燃烧/分解温度低于铁电材料的燃烧/分解温度;
步骤2)制备铁电性液体
取铁电纳米微粒、亲油性表面活性剂、油性基液,并将三者均匀混合,得到铁电性液体,将铁电性液体加入容器中;
步骤3)制备铁电纳米链
对容器施加电场,得到沿着电场方向的铁电纳米链,施加电场的同时烘烤容器,烘干油性基液、亲油性表面活性剂之后煅烧容器,燃烧/分解掉容器的围壁后,得到铁电纳米链。

2.根据权利要求1所述的铁电纳米链的制备方法,其特征在于,步骤1)中,所述基片采用导电材料制成;或者,所述基片采用绝缘材料制成,然后在基片上制备下电极。

3.根据权利要求1所述的铁电纳米链的制备方法,其特征在于,步骤1)中,所述围壁的材料采用塑料。

4.根据权利要求1所述的铁电纳米链的制备方法,其特征在于,步骤1)中,所述围壁粘接固定在基片上。

5.根据权利要求1所述的铁电纳米链的制备方法,其特征在于,步骤2)中,所述油性基液为硅油、十二烷基苯、聚丁烯油中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的铁电纳米链的制备方法,其特征在于,步骤2)中,所述亲油性表面活性剂为油酸。

7.根据权利要求1所述的铁电纳米链的制备方法,其特征在于,步骤2)中,铁电纳米微粒、亲油性表面活性剂、油性基液的混合方法为:首先,将铁电纳米微粒与亲油性表面活性剂均匀混合,然后,将铁电纳米微粒、亲油性表面活性剂的混合物加入油性基液中,然后,将铁电纳米微粒、亲油性表面活性剂、油性基液的混合物装进密封瓶内,最后,将密封瓶放在摇床上进行摇动,使铁电纳米微粒均匀的分散到油性基液中。

8.根据权利要求1所述的铁电纳米链的制备方法,其特征在于,步骤3)中,在围壁上涂覆导电材料,用于施加电场。

9.根据权利要求8所述的铁电纳米链的制备方法,其特征在于,所述容器为长方体结构,所述导电材料涂覆于容器的两个对称侧壁上。

10.根据权利要求1所述的铁电纳米链的制备方法,其特征在于,步骤3)中,烘干油性基液、亲油性表面活性剂之后去掉电场,然后煅烧容器。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及铁电材料技术领域,特别是涉及一种铁电纳米链的制备方法。

背景技术

[0002] 能源危机是当前世界各国面临的重大难题,开发可再生能源是缓解该问题的有效途径。在众多可再生能源中,太阳能因其具有资源丰富、分布广泛、清洁干净等优点而备受青睐。光伏发电是开发太阳能的一种主要形式,其原理是利用光生伏特效应制成光伏电池,将太阳的光能转换成电能。光伏电池主要分为硅、铜铟硒、砷化镓、碲化镉以及聚合物光伏电池等。现有工业生产的薄膜太阳能电池存在转换效率低、稳定性差、生产成本比较高等缺点。要想改变以上缺点,可以通过提高薄膜的制备工艺和技术参数,或者提高光的利用效率。第一种方法面临研发周期长、成本高、技术困难等问题,因此,提高光的利用效率是提高转换效率的重要手段,显得十分必要。要想提高太阳光的利用率,可以通过提高薄膜对太阳光的吸收率,而增加薄膜的厚度可以做到这点。但是,薄膜厚度越厚,势必会降低太阳能电池的稳定性,同时也会增加光生载流子的复合率,降低转换效率。由于纳米线(纳米链)具有一系列薄膜所不具备的性质,例如其具有对光高的吸收率、低的复合率,此外在纳米线(纳米链)的一端具有较强的电场(类似于针尖附近的电场),因此对光生载流子具有较高的搜集效率。因此制备出高质量的、具备特定的织构、较低的缺陷、较高的纯度(高的主相比例)的纳米线(纳米链)是提高太阳能电池光电转换效率的有效手段。因此,如何制备出具有特定织构、高纯度的太阳能电 池用的纳米线(纳米链)就显得十分必要。
[0003] 目前纳米线及其制备方法的不足之处:
[0004] 目前制备纳米线的方法主要包水热法,电化学法,溶胶-凝胶法,直接沉淀法,气相沉积法。不管哪种方法,都很难获得具有特定取向的纳米线,而且制备过程比较复杂。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种具有特定取向的铁电纳米链的制备方法。
[0006] 本发明的目的是这样实现的
[0007] 一种铁电纳米链的制备方法,该方法按以下步骤进行:
[0008] 步骤1)制备容器
[0009] 取耐高温材料制成的基片,在基片的边缘固定围壁,得到容器,所述围壁的燃烧/分解温度低于铁电材料的燃烧/分解温度;
[0010] 步骤2)制备铁电性液体
[0011] 取铁电纳米微粒、亲油性表面活性剂、油性基液,并将三者均匀混合,得到铁电性液体,将铁电性液体加入容器中;
[0012] 步骤3)制备铁电纳米链
[0013] 对容器施加电场,得到沿着电场方向的铁电纳米链,施加电场的同时烘烤容器,烘干油性基液、亲油性表面活性剂之后煅烧容器,燃烧/分解掉容器的围壁后,得到铁电纳米链。
[0014] 为了便于测量铁电纳米链的电学性质,优选地,步骤1)中,所述基片采用导电材料制成;或者,所述基片采用绝缘材料制成,然后在基片上制备下 电极。
[0015] 为了在较低的温度下燃烧掉围壁,优选地,步骤1)中,所述围壁的材料采用塑料。
[0016] 为了便利地将围壁固定在基片上,优选地,步骤1)中,所述围壁粘接固定在基片上。
[0017] 为了保证基液在烘烤时不会燃烧,优选地,步骤2)中,所述油性基液为硅油、十二烷基苯、聚丁烯油中的至少一种。
[0018] 为了保证表面活性剂的亲油性能,优选地,步骤2)中,所述亲油性表面活性剂为油酸。
[0019] 为了将铁电纳米微粒、亲油性表面活性剂、油性基液均匀混合,优选地,步骤2)中,铁电纳米微粒、亲油性表面活性剂、油性基液的混合方法为:首先,将铁电纳米微粒与亲油性表面活性剂均匀混合,然后,将铁电纳米微粒、亲油性表面活性剂的混合物加入油性基液中,然后,将铁电纳米微粒、亲油性表面活性剂、油性基液的混合物装进密封瓶内,最后,将密封瓶放在摇床上进行摇动,使铁电纳米微粒均匀的分散到油性基液中。
[0020] 为了方便对容器施加电场,优选地,步骤3)中,在围壁上涂覆导电材料,用于施加电场。
[0021] 为了保证电场的均匀程度,优选地,所述容器为长方体结构,所述导电材料涂覆于容器的两个对称侧壁上。
[0022] 为了方便烧蚀掉围壁,优选地,步骤3)中,烘干油性基液、亲油性表面活性剂之后去掉电场,然后煅烧容器。
[0023] 由于采用了上述技术方案,本发明具有如下有益效果:
[0024] 1、制备方法简单,只需要将具有铁电性的微粒分散在一定的基液里面,形成铁电性液体。对铁电性液体施加电场使得铁电微粒形成链状。
[0025] 2、在电场作用下,具有铁电性的微粒能够发生转动,而且由于在液体中,所以其矫顽电场会比较小,由于布朗运动,在电场下的转向更容易。在固体中需要施加相对较大的电场才能让改变极化方向,电场太大容易造成样品被击穿。
[0026] 3、在电场作用下,固态铁电材料中电畴的取向只能沿着接近于电场方向的某些取向,并不一定沿着电场方向,而对于铁电性液体而言,由于铁电微粒可以在液体中自由转动,因此其电畴的取向可以完全沿着电场方向。
[0027] 4、通过改变电场的大小、方向、梯度大小,就可以很容易的调控铁电纳米链的长短粗细。

实施方案

[0036] 实施例
[0037] 步骤1)制备容器
[0038] 第1步:电极的制备:
[0039] 制备下电极,只是为了测量铁电纳米链的电学性质,如果仅仅是制备出纳米链的话,可以不用电极。又或者,不用制备下电极,导电的基片也可以起下电极的作用。
[0040] 以脉冲激光沉积法为例,也可以是其它方法,例如磁控溅射、溶胶-凝胶法等。以La0.7Sr0.3MnO3作为下电极为例,也可以采用其它材料,例如导电氧化物ITO,La0.5Sr0.5CoO3等或者金属,Au,Pt,Ag等。首先在SrTiO3基片(当然也可以是其它类型的基片,硅片、玻璃等)分别在丙酮、酒精中用超声波进行清洗,晾干;用砂纸将基片台进行打磨,并清洗干净,将晾干的基片用导热银胶粘在基片台上,然后根据所需要电极的形状、大小、个数用相应的掩膜版挡住基片。晾干后放入腔体中加热台上,开始抽真空。待气压抽到10-4Pa时,开始加热基片台。注意应缓慢加热,一般加热到700℃需要90分钟左右。达到目标温度后,用挡板将基片挡住,并通入所需气体到一定压强。设定激光的能量和频率参数,进行预溅射以去掉La0.7Sr0.3MnO3薄膜(这里以La0.7Sr0.3MnO3:简写为LSMO为例作为测量光伏效应的下电极,也可以选择其他导电薄膜)表面的污物,使薄膜露出新鲜的表面,预溅射时间一般为2~5分钟;预溅射过程中,调整激光光路、靶距等参数,以使羽辉末端与基片台相切。转动基片台及薄膜,并使激光在X、Y方向来回扫描;待温度、气压稳定之后,移开挡板,进行沉积。根据所需的薄膜厚度选择合适的沉积时间,沉积结束之后,按照需要充入一定的气体并缓慢降温。
[0041] 第2步:容器的制备。如图1所示,将制备好电极的基片通过AB胶、502胶水等,从四周用有机物薄片(或者其它材料做的薄膜,此材料必须分解温度较低,低于铁电材料,最好控制在500度以下)作为围壁,粘成薄片状的容器,即容器的长和宽都远大于厚(高度)。如果容器太厚的话,容器的体积就会比较大,其中装的铁电性液体就会比较多,最后得到的铁电纳米链的厚度就比较厚。铁电材料的厚度越厚,光不能完全穿透,得到的光生载流子就比较少。另外,铁电层太厚的话,光生载流子复合的就越多,所得到的光生电流就很小。例如长和宽都为1cm,厚度为1mm。容器也可以通过其它方法加工。
[0042] 步骤2)制备铁电性液体
[0043] 第1步:铁电性液体的制备。以制备Bi0.9La0.1FeO3(BLFO)铁电性液体为例。也可以是其它具有铁电性的微粒,例如钛酸铅、铁酸铋等。首先是制备铁电性BLFO纳米微粒:制备纳米微粒的方法很多,比如溶胶-凝胶法、化学共沉淀法、固相反应法等。我们以溶胶-凝胶法制备具有铁电性的BLFO微粒为例:
[0044] 量取60ml乙二醇甲醚溶液作为溶剂。分别称取化学计量比的硝酸铋14.6991g、硝酸铁12.3045g、硝酸镧1.3122g作为溶质。室温下搅拌35~50min,溶质完全溶解后,滴加2ml乙酸酐脱去结晶水,待溶液冷却后,添加6.3414g柠檬酸,剧烈搅拌30min,完全溶解后,添加30滴乙醇胺至溶液pH为2~3,搅拌1h后将溶液转移到100ml容量瓶中,用乙二醇甲醚定容,静置48h得到稳定溶胶待用。其中,硝酸铋过量10%,补偿退火过程中由于铋挥发造成的损失。然后将上述溶胶放入烧杯,在加热台上加热烘烤在,直到把溶液烤干。然后将干的凝胶粉放入清洗干净的坩埚内并置于马弗炉中,在550℃第一 次预烧2h,初步成相。所得产物经充分研磨后在600℃煅烧5h,使原料完全反应。再进行第三次充分研磨,得到BLFO纳米微粒。
[0045] 然后是制备BLFO铁电性液体:将一定质量的BLFO纳米微粒均匀的分散在一定浓度的硅油中。硅油具有耐高低温、化学稳定性好、蒸气压低、黏度受温度影响小等特点,是铁电性液体的理想载液。但是,硅油憎水、憎油的特性使得将铁电性BLFO微粒均匀分散于其中的表面活性剂必须具有亲油性能,且能包覆磁性微粒,否则易出现团聚、沉降等现象。使用油酸作为表面活性剂。
[0046] 具体为:根据要求,例如需要配置体积分数为5%,体积为100ml的BLFO铁电性液体,那么,所需BLFO微粒体积为5ml,其密度约为6g/cm3,则需要BLFO的质量为30g;油酸的浓度为2%,则需要量取2ml的油酸;硅油的体积为100-5-2=93ml;因此,
[0047] 首先,称量30g的BLFO纳米微粒(体积约5cm3),加入2ml的油酸中,进行摇动,然后均匀的分散在93ml硅油中,放进密封好的玻璃瓶或者其它容器内,在摇床上进行摇动约1个小时。然后就得到体积分数为5%,体积为100ml的BLFO铁电性液体。
[0048] 第2步:将上一步中得到的BLFO铁电性液体用注射器或者其它方法注入到容器中,就得到图2中的铁电性液体。
[0049] 步骤3)制备铁电纳米链
[0050] 第1步:纳米链的形成:在薄膜外表面涂上导电材料,例如银胶。对步骤2)第2步中得到的铁电性液体施加电场,沿着电场方向就得到铁电性纳米链。例如沿水平方向施加电场,就得到图3所示水平方向的铁电纳米链。
[0051] 注:如果容器左右两侧的距离太大,那么需要施加的电压就越大。如果 距离为1cm,则需要施加的电压约为10kV。电压越小,形成的链就越不整齐。
[0052] 第2步:将图3中得到链状结构的容器先在加热台上烘烤(同时施加电压),烤干之后去掉电压,放入高温(500-800℃)进行煅烧,目的是将左右两侧的物质燃烧、分解掉。最后就得到图4中的铁电纳米链。
[0053] 对所制备的铁电纳米链进行检测,结果如下:
[0054] 从图5中可知,我们所制备的BLFO粉末为纯相,没有杂相产生。从图6中可知,我们所制备的BLFO粉末基本为球形,平均粒径大概为15nm。从图7中可知,我们所制备的BLFO纳米链具有一定的取向,链的长度约为10μm,链的直径约为0.5μm。
[0055] 最后说明的是,以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

附图说明

[0028] 图1为本发明实施例步骤1)第2步的示意图;
[0029] 图2为本发明实施例步骤2)第2步的示意图;
[0030] 图3为本发明实施例步骤3)第1步的示意图;
[0031] 图4为本发明实施例步骤3)第2步的示意图;
[0032] 图5为BLFO粉末的XRD图谱;
[0033] 图6为BLFO粉末的透射电镜图;
[0034] 图7为BLFO铁电纳米链的扫描电镜图。
[0035] 附图中,1为下电极,2为围壁,3为铁电纳米微粒,4为基液,5为铁电纳米链,6为导电材料。
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