软溶液工艺(Soft Solution Processing,SSP)是近年国际上发展起来的先进无机材料(粉体、晶体和薄膜)环境协调性的制备技术。本项目针对非铅基钙钛矿(Ba1-xSrxTiO3、层状Bi系Bi4Ti3O12)和白钨矿(Ba1-xSrxCayMO4、Ba1-xSrxCayWO4)体系薄膜材料,结合项目组凝炼的四个重要的基础科学技术问题开展电化学和水热电化学制备技术研究;掌握材料的物化结构性能和物理特性与制备技术(衬底、前驱体、溶液浓度、淀积温度、压力、时间、恒电流大小等)的关系;解决薄膜组分、表面粗糙度和晶粒尺寸的调控方法;所研制的钙钛矿和白钨矿薄膜材料性能优异,所提出的水热/电化学制备技术具有自主知识产权,为多组元氧化物薄膜的环境协调性制备技术和钙钛矿、白钨矿薄膜及其应用的进一步发展奠定重要的科学技术基础。
钙钛矿和白钨矿薄膜的软溶液制备技术研究涉及采用电化学制备技术在钨、钼基体上直接制备白钨矿结构的碱土金属钨、钼酸盐系列薄膜及其固溶体薄膜;制备工艺条件对钨钼酸盐薄膜及其固溶体薄膜质量、晶格参数、表面形貌、组分的影响研究;钨钼酸盐系列多晶薄膜的不同电化学工作模式即恒电流和恒电位模式的电化学技术制备研究;钨钼酸盐多晶薄膜的生长习性、生长动力学过程研究;薄膜的光致发光特性;采用水热电化学合成技术制备BaTiO3、Ba0.5Sr0.5TiO3薄膜及水热反应温度对薄膜形成的影响。通过上述研究获得了结晶完整,晶粒均匀、致密,具有良好发光性能的钨钼酸盐及其固溶体薄膜,结晶完整,晶粒均匀、致密的钛酸盐薄膜;找到了水热电化学技术制备钙钛矿结构的钛酸盐薄膜工艺中影响目标产物形成的关键工艺参数。发现了电化学工艺参数对上述白钨矿结构薄膜的物化结构特征、发光性能及薄膜质量影响的特征及规律;揭示了电化学技术制备钨钼酸盐及其固溶体薄膜的动力学过程及薄膜生长习性;探讨了所获得的白钨矿发光薄膜潜在的工业应用。