Ni基磁性薄膜及納米線的制備和磁性能.pdf

1、Ni基磁性薄膜由于其磁各向異性、耐腐蝕性能被廣泛用于磁頭、磁存儲(chǔ)等器件中。在應(yīng)用的過程中為了增加設(shè)備的存儲(chǔ)密度密度,不影響其性能的同時(shí)增加存儲(chǔ)密度可以增大比表面積,故研究方向轉(zhuǎn)向納米線。本文的重點(diǎn)是 Ni基材料中的 NiCo和 NiFe兩種合金材料,在制備薄膜的基礎(chǔ)上制備納米線,并通過控制沉積電勢(shì)、沉積過程中的電流密度和溫度、pH值研究薄膜及納米線的結(jié)構(gòu)、組成、形貌和磁性能。本文研究成果主要包括以下三個(gè)方面:
　　(一) NiCo

2、磁性薄膜的制備
　　采用電化學(xué)方法分別在黃銅基底、純銅基底上生長(zhǎng) NiCo磁性薄膜。在黃銅基底上制備 NiCo薄膜,研究電流密度和沉積溫度對(duì)薄膜成分、形貌及磁性能的影響。研究發(fā)現(xiàn):隨著電流密度的增加,薄膜比飽和磁化強(qiáng)度先增大后逐漸減小,電流密度為200A/m2時(shí),薄膜的比飽和磁化強(qiáng)度最大。電流密度的改變不會(huì)影響薄膜的晶體結(jié)構(gòu)及擇優(yōu)生長(zhǎng)取向,但晶體的結(jié)晶度和比飽和磁化強(qiáng)度有明顯的變化。電流密度150 A/m2下制備的薄膜致密,在55

3、℃下樣品的矯頑力最小。不斷增加溫度,晶體結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化,但結(jié)晶度和晶粒尺寸發(fā)生改變。
　　在純銅基底上電沉積 NiCo薄膜,主要研究了電流密度、沉積時(shí)間、溫度及 pH值對(duì)薄膜的影響。隨著電流密度的增加,薄膜表面的致密度逐漸增大,在電流密度為200A/m2時(shí),薄膜表面的致密度最好,隨著電流密度的增加, NiCo合金的衍射峰加強(qiáng),主要因?yàn)樵黾与娏髅芏仁沟萌芤褐械碾x子傳輸能量增加,促進(jìn)合金離子的結(jié)合。NiCo薄膜的磁性能在200A/m2

4、的條件下,矯頑力最小為14.31Oe。在沉積時(shí)間為5min時(shí),出現(xiàn)了Co(100)、(200)和(311)峰。但隨著時(shí)間的增加 Co(100)和(200)消失。NiCo薄膜的矯頑力降低,飽和磁化強(qiáng)度升高。增加溫度僅僅改變了 NiCo磁性薄膜的形貌和磁性能,并未改變其結(jié)構(gòu)。綜合飽和磁化強(qiáng)度和矯頑力的大小得到在50℃的條件下, NiCo磁性薄膜的磁性能參數(shù)最佳。當(dāng)鍍液pH值為1.5的時(shí)候,薄膜表面顆粒度很大,呈瘤狀結(jié)構(gòu),隨著 pH值逐漸增加

5、,薄膜的顆粒度發(fā)生變化。當(dāng) pH值增大到6時(shí),薄膜的表面最平滑,顆粒度最小。pH值的變化不影響,衍射峰的強(qiáng)度有所變化。在 pH值為4的時(shí)候,薄膜的矯頑力為20.23Oe。
　　(二)純銅基底上 NiFe磁性薄膜的制備
　　改變沉積溫度、電流密度和Ni·Fe摩爾比,研究了NiFe薄膜的形貌、結(jié)構(gòu)和磁性能。結(jié)果表明改變沉積條件NiFe薄膜的飽和磁化強(qiáng)度和晶粒尺寸得到了改善。在只改變溫度不改變其他條件的情況下,60℃條件下,NiF

6、e薄膜的結(jié)晶度很高,此時(shí)薄膜擁有最低的矯頑力(0.18KA/m)和最高的飽和磁化強(qiáng)度,而且薄膜的腐蝕電位最高,腐蝕性能最好。改變電流密度可知,在電流密度為167A/m2時(shí),薄膜的耐腐蝕性高,軟磁性能好。當(dāng)改變摩爾比時(shí),薄膜的腐蝕電位逐漸增加,是因?yàn)殡S著Ni濃度的增加,薄膜中Fe的含量降低,耐蝕性能逐漸趨近于單金屬Ni的耐蝕性。
　　(三) Ni基納米線的制備與磁性能的研究
　　采用電化學(xué)沉積方法制備NiCo和NiFe納米線。

7、系統(tǒng)研究了沉積電勢(shì)、沉積時(shí)間及金屬摩爾比等對(duì)其形貌和性能等的影響。結(jié)果表明:在沉積電勢(shì)為-1.6V,NiCo納米線有較好的軟磁性能。改變沉積時(shí)間,納米線的長(zhǎng)度增加,晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,當(dāng)沉積時(shí)間為5h時(shí),多晶結(jié)構(gòu)的 Ni金屬和單晶的Co金屬組成的固溶體形式的納米線形成, Ni(111)衍射峰的峰強(qiáng)度最大。在改變 Ni、Co摩爾比后,納米線中 Ni和 Co的含量不同,納米線的磁性能也發(fā)生變化。在 pH值為3.5的時(shí)候,納米線的軟磁性能最優(yōu)。

8、隨著pH值增加,納米線具有磁各向異性。
　　系統(tǒng)研究了沉積電位和鍍液 pH對(duì) NiFe納米線的影響。改變沉積電勢(shì)可以發(fā)現(xiàn),沉積電勢(shì)為-0.6V時(shí),制備得到的是納米管,而在其他電位條件下是納米線。沉積電勢(shì)為-1.2V時(shí), NiFe納米線具有最小的矯頑力。隨著 pH值升高,樣品的飽和磁化強(qiáng)度降低,矯頑力先降低后升高。在 pH值為4時(shí),NiFe納米線的矯頑力最小,軟磁性能最優(yōu)。利用不同孔徑的模板制備得到的納米線直徑不同,NiFe納米線薄