科创中国
高性能水溶性氧化物的实验制备、理论研究与产业化
发布时间: 2025-09-09
基本信息
合作方式：
合作开发
成果类型：
新技术
行业领域：
新材料技术,新能源及节能技术
成果介绍
自支撑氧化物薄膜是指一种去除衬底后依旧保持单晶特性的低维量子材料，兼具强关联电子体系的多自由度耦合特性和二维材料的结构柔性。多年来，自支撑氧化物薄膜的主流制备方法是基于水溶性牺牲层的薄膜生长、剥离和转移技术。然而，国际上普遍使用的 Sr-Al-O 基水溶性牺牲层与目标氧化物薄膜之间由于不可避免的晶格失配现象和应力弛豫会导致高密度界面缺陷的形成，进而在水辅助剥离和转移过程中在自支撑氧化物薄膜中产生高密度裂纹，显著影响其结晶性和完整性。因此，如何抑制微裂纹等原子级别晶体缺陷的形成，获得大面积、高结晶性、高性能的自支撑薄膜是推动这一研究领域进一步发展的关键科学问题。
成果亮点
研发团队成员深入探索了 Sr-Al-O 基水溶性薄膜的激光分子束外延生长窗口，通过精细的薄膜生长控制技术发现了一种新型水溶性牺牲层材料 Sr4Al2O7，系统性的实验表征和第一性原理材料模拟计算展现了其诸多优异性质。首先，Sr4Al2O7 薄膜与多数 ABO3 钙钛矿材料可以形成高质量共格外延生长，抑制了界面处缺陷的形成和水辅助剥离过程中的裂纹产生，显著提升了自支撑氧化物薄膜的结晶性和完整性。研究团队验证了一系列钙钛矿氧化物薄膜的剥离效果，发现从 Sr4Al2O7 上剥离的自支撑薄膜中无裂纹区域可以扩展到毫米级，比目前已报道的同类自支撑薄膜样品在尺寸上大 1-3个数量级，且其结晶性和功能性可以与单晶衬底上生长的外延薄膜相当。其次，Sr4Al2O7 薄膜具有宽且稳定的激光分子束外延生长窗口，与多数钙钛矿氧化物薄膜的生长兼容，制备工艺具有普适性。研究团队还进一步发现 Sr4Al2O7 独特的化学组分和晶体结构导致其具有极高的水溶性，可以将水辅助剥离时间缩短近一个数量级，显著提升了自支撑氧化物薄膜的制备效率，有助于大规模高性能氧化物薄膜的制备。
团队介绍
西北大学高技术转移创新研究院科技成果转化办公室：029-88302617。成果完成人：司良 。邮箱：kaifa@***
成果资料
下载app