取向尖晶石基薄膜的層狀前驅體法制備及其磁學性能研究.pdf

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

2、制得系列取向尖晶石基鐵氧體薄膜材料。通過LDHs薄膜前驅體的制備參數調變及焙燒過程控制，實現(xiàn)了相關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性能。研究工作可望為尖晶石基鐵氧體薄膜材料在結構設計、構筑過程控制、應用性能等方面的深入進行奠定一定的實驗基礎。
　　 本論文的創(chuàng)新點和研究結果如下：
　　

3、首先，針對高密度磁存儲領域存在的鐵磁性納米粒子“超順磁限制”這一關鍵科學問題，以溶劑蒸發(fā)制備得到的(00l)取向CoFe-LDHs薄膜為前驅體，在氦氣保護下利用LDHs的結構拓撲效應焙燒制備了(111)取向的系列CoFe2O4/CoO納米復合薄膜。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致了平行于膜面方向的交換偏置場(HE)的數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薄膜為前驅體，首先利用LDHs的結構拓撲效應焙燒制備了(111)取向的NiFe2O4/NiO納米復合薄膜。然后，采用硝酸溶蝕的方法將此復合薄膜中的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、溶蝕時間來進行調控。經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制備LDHs薄膜前驅體，然后