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随着电子信息科学与技术的发展,因准一维纳米材料在光学、电学、磁学、化学等方面具有许多独特的性能,已成为近些年来纳米材料领域的研究热点之一。其中磁性纳米线阵列由于其在超高密度磁性存储方面的诱人的应用前景而成为准一维材料中备受关注的研究焦点。在众多制备磁性纳米线阵列的工艺当中,阳极氧化铝模板法因其高效、廉价、操作简单等特点而得到广泛的应用。所以本文利用多孔阳极氧化铝模板辅助交流电化学沉积的方法,制备了Co基纳米线阵列,即CoxPt100-x纳米线阵列和CoxPb100-x纳米线阵列。并对其微观结构和性能进行了较系统的研究。主要的研究结果如下:
1、AAO模板辅助交流电沉积制备CoxPt100-x纳米线阵列
(1)采用交流电化学沉积的方法在氧化铝孔洞内制备了直径约为50 nm,长度为数微米的CoxPt100-x纳米线阵列。
(2)选区电子衍射表明制备的纳米线阵列为多晶结构。XRD图像表明室温下制备的Co-Pt纳米线阵列为纳米晶结构,经过退火处理后,纳米线阵列从纳米晶结构转变成了晶体结构。并且随着退火温度的升高,fcc结构CoPt慢慢转变为CoPt3结构。
(3)磁学测试表明纳米线阵列具有明显的磁各向异性,易磁化轴平行于纳米线的长轴方向。且随着Co成分的逐渐增大,无论是在平行于纳米线轴线方向上还是在垂直于纳米线轴线方向上,其矫顽力和矩形比都呈增大趋势。经过退火处理后,CoxPt100-x纳米线阵列的磁学性能得到了改善。磁学研究结果表明:室温下其化学成分是控制磁学特性的关键因素,因为Pt是一个无铁磁性的材料。此外,热处理后消除了纳米线快速沉积时带来的一些晶体缺陷及内应力,同时使Co原子的3d电子轨道与Pt原子的5d电子轨道的杂化作用以及Pt原子的自旋极化作用增强,从而使其对矫顽力和矩形比的增加作出了贡献。
2、交流电沉积制备CoxPb100-x纳米线阵列
(1)将扩孔后的AAO模板在C4H6O4·Co·4H2O和C4H6O4·Pb·3H2O电解液中进行交流电沉积制备出CoxPb100-x纳米线阵列,其中工作电压为11V,频率为50 Hz,沉积时间为5 min。
(2) TEM图像表明纳米线粗细均匀,长度达数微米,直径大约为50 nm,与所用的AAO模板孔径相当。选区电子衍射花样表明Co-Pb纳米线阵列为多晶结构。室温下制备的Co-Pb纳米线阵列的XRD图谱上观察不到Co的fcc或hcp的衍射峰,只有代表面心立方结构的Pb的6个衍射峰。经过退火处理后,Co的(200)和(100)衍射峰开始出现。
(3)而VSM测试结果表明室温下沉积的纳米线阵列的形状各向异性不是特别明显,但是随着Co成分的逐渐增大,无论是在平行于纳米线轴线方向上还是在垂直于纳米线轴线方向上,CoxPb100-x纳米线阵列的矫顽力都呈现增大的趋势。而退火处理改善了Co-Pb纳米线阵列的磁学特性。这可能是因为退火处理后,纳米线快速沉积时带来晶体缺陷及内应力被消除,同时由于固态金属Co在液态Pb当中的重结晶,导致纳米线阵列的矫顽力和矩形比会进一步增加。