取向尖晶石基薄膜的層狀前驅(qū)體法制備及其磁學(xué)性能研究.pdf

1、尖晶石鐵氧體薄膜材料在高密度存儲、電磁波吸收、磁共振等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。研發(fā)簡便的薄膜制備方法，控制薄膜材料的組成、結(jié)構(gòu)及形貌，進而提高薄膜的磁學(xué)性能，成為該領(lǐng)域研究的熱點問題。本論文圍繞尖晶石鐵氧體薄膜材料的構(gòu)筑及其磁學(xué)性能開展基礎(chǔ)研究。針對目前該領(lǐng)域研究中的關(guān)鍵科學(xué)問題，采用層狀前驅(qū)體技術(shù)，以層狀雙羥基復(fù)合金屬氫氧化物(1ayered double hydroxides，簡稱LDHs，又叫類水滑石)薄膜為前驅(qū)體材料，經(jīng)高溫焙燒

2、制得系列取向尖晶石基鐵氧體薄膜材料。通過LDHs薄膜前驅(qū)體的制備參數(shù)調(diào)變及焙燒過程控制，實現(xiàn)了相關(guān)鐵氧體薄膜材料的組成、形貌、取向的可控制備。同時，表征了溶劑蒸發(fā)組裝成膜過程，探討了LDHs薄膜的成膜驅(qū)動力及組裝機制。最后，研究測試了取向尖晶石基鐵氧體薄膜材料的磁學(xué)性能。研究工作可望為尖晶石基鐵氧體薄膜材料在結(jié)構(gòu)設(shè)計、構(gòu)筑過程控制、應(yīng)用性能等方面的深入進行奠定一定的實驗基礎(chǔ)。
　　 本論文的創(chuàng)新點和研究結(jié)果如下：
　　

3、首先，針對高密度磁存儲領(lǐng)域存在的鐵磁性納米粒子“超順磁限制”這一關(guān)鍵科學(xué)問題，以溶劑蒸發(fā)制備得到的(00l)取向CoFe-LDHs薄膜為前驅(qū)體，在氦氣保護下利用LDHs的結(jié)構(gòu)拓撲效應(yīng)焙燒制備了(111)取向的系列CoFe2O4/CoO納米復(fù)合薄膜。CoFe2O4和CoO界面間強的鐵磁/反鐵磁相互作用提高了CoFe2O4磁性納米粒子的熱穩(wěn)定性。與相同粒徑的純相CoFe2O4粒子相比，CoFe2O4/CoO納米復(fù)合薄膜中CoFe2O4粒子的

4、截止溫度(TB)提高了100 K以上。同時發(fā)現(xiàn)，該薄膜的磁各向異性導(dǎo)致了平行于膜面方向的交換偏置場(HE)的數(shù)值大于垂直于膜面條件下的交換偏置場。
　　 然后，以(00l)取向的NiFe-LDHs薄膜為前驅(qū)體，首先利用LDHs的結(jié)構(gòu)拓撲效應(yīng)焙燒制備了(111)取向的NiFe2O4/NiO納米復(fù)合薄膜。然后，采用硝酸溶蝕的方法將此復(fù)合薄膜中的NiO去除，得到了多孔的(111)取向NiFe2O4薄膜。其表面粗糙程度可通過焙燒溫度及酸

5、溶蝕時間來進行調(diào)控。經(jīng)過表面有機化處理后，多孔NiFe2O4薄膜顯示出了良好的超疏水性能。隨其表面粗糙程度的增強，薄膜與水的接觸角變大。磁性及表面浸潤性的可控調(diào)節(jié)使得該多孔尖晶石基鐵氧體薄膜有可能在苛刻的外界環(huán)境中獲得應(yīng)用。
　　 此外，基于LDHs薄膜可控制備的重要意義，通過研究表征溶劑蒸發(fā)組裝過程，探討了LDHs薄膜的成膜驅(qū)動力及組裝機制。在不同晶化溫度條件下制備了LDHs納米粒子。TEM、AFM等表征結(jié)果表明，隨晶化溫度升

6、高LDHs納米粒子的表觀形貌由類球形轉(zhuǎn)變?yōu)榱狡瑺?，其長厚比(aspect ratio)的增加表明LDHs納米粒子各向異性程度加強。成膜實驗顯示，長厚比的大小直接影響溶劑蒸發(fā)后最終成膜的連續(xù)性及粒子(001)晶面的取向程度。大的長厚比有利于LDHs納米粒子間面—面相互作用的增強。在所研究的NiFe-LDHs體系中，發(fā)現(xiàn)長厚比大于3時能夠制得連續(xù)完整的LDHs薄膜。
　　 本論文最后還嘗試采用了涂覆技術(shù)制備LDHs薄膜前驅(qū)體，然后