一种制备垂直有序多铁性双层纳米管阵列的方法技术

本发明专利技术实施例提供一种制备垂直有序多铁性双层纳米管阵列的方法，所述制备垂直有序多铁性双层纳米管阵列的方法包括：选取基底，对基底进行处理；制备阳极氧化铝模板AAO；进行AAO的扩孔以及转移；进行锆钛酸铅PZT和钴铁氧CFO溶胶的配制；浸渍PZT溶胶凝胶；将样品置于离子刻蚀机中进行刻蚀；将刻蚀后的样品浸渍于CFO溶胶凝胶中；将浸渍CFO后的样品置于离子刻蚀机中进行刻蚀；去除残留的AAO模板得到垂直有序多铁性双层纳米管阵列。该制备方法制成PZT‑CFO双层纳米管阵列能够与基底进行垂直结合，具有可控的尺寸，高密度，良好的有序性，而且有着良好的铁电性，还具有制作成本低、人工操作安全等特点。

Method for preparing vertically ordered multiferroic double layer nanotube array

The embodiment of the invention provides a method for preparing vertical ordered multiferroic double nanotube arrays, including the method of making the vertical ordered multiferroic double nanotube arrays: selected substrate for processing a substrate; preparation of AAO template with AAO AAO; reaming and transfer; preparation of lead zirconate titanate PZT and CFO cobalt ferrite sol impregnation PZT; sol gel; the sample is placed in ion etching machine etching; etch the samples after immersion in CFO sol gel; the sample is placed in ion etching machine after CFO impregnation in etching; removing residual AAO template to obtain the vertical ordered multiferroic double-layer nanotubes array. The preparation method of PZT CFO made double nanotube arrays can be vertically combined with substrate, with controllable size, high density, well ordered, but also have good ferroelectric properties, but also has low production cost, safe manual operation etc..

【技术实现步骤摘要】
一种制备垂直有序多铁性双层纳米管阵列的方法
本专利技术涉及纳米刻蚀
，具体涉及一种制备垂直有序多铁性双层纳米管阵列的方法。
技术介绍
铁电/压电材料是一类电介质功能材料，在传感、驱动、信息存储等领域占据重要地位，形成“铁电物理学”等学科。磁性材料更是涉及面广，特别是在信息存储领域仍占主导地位，磁存储技术的发展产生了“自旋电子学”等新兴学科。通常，铁电/压电材料表现为电绝缘性，而磁性材料则表现为电导性，两类材料通常是不兼容的，分属两个不同的独立领域。多铁性材料则是将这两类不同的特性集于一身，呈现铁电、(反)铁磁、铁弹等两种或两种以上特性有序共存。此外，多种序参量之间的相互耦合作用会产生新的效应。多铁性(磁电)材料是一种新型多功能材料,在新型磁-电传感器件、自旋电子器件、新型信息存储器件等领域展现出巨大的应用前景。磁电耦合的物理内涵涉及到电荷、自旋、轨道、晶格等凝聚态物理多个范畴，已成为国际上一个新的前沿研究领域。从学科内涵看，多铁性材料将传统上缺乏内在联系的铁电与磁性两大类材料与电子、信息和能源产业密切联系的学科领域有机结合起来，并赋予其新的学科内容。迄今，已在多种铁电相(如BaTiO3,PZT,BiFeO3,PbTiO3等)和铁磁相(如CoFe2O4,NiFe2O4,Fe3O4,La1-xSrxMnO3等)组成的多种结构(如2-2型叠层异质结构、1-3型垂直异质结构，0-3型颗粒复合以及1维壳核纳米管或者纳米纤维等)复合薄膜中观察到了铁电与磁性共存的多铁性，在部分体系中得到了铁电与磁性耦合的磁电效应，并基于此提出了微型磁传感器、读取磁头等全新的器件概念。锆钛酸铅(PZT)，一种锆酸铅和钛酸铅互溶的钙钛矿结构的固溶体，由于有着高的压电性能，高的压电和热电系数使其成为一种永久的铁电材料。CFO拥有较好的磁性，低导电率以及大的磁限制，常常被选用来做多铁性复合材料。溶胶凝胶法对于制备纳米结构的PZT和CFO来说是一种很有潜力的制备方法。该方法可以在比较低的温度区间里制备出有着高化学纯度和均一性的纳米结构，而且工艺简单成本低。然而，相比其他的材料来说，多铁性纳米管的合成速度是比较慢的，究其原因，可能是因为其结构和化学计量比的复杂性。对于理想的存储器件，制备高密度有序的多铁性纳米管是很有必要的。在最近几年里，高密度垂直有序阵列的铁电纳米管可以由模板辅助的方法来合成。阳极氧化铝AAO模板有着很多的优点：例如可以被大面积的制备，平行孔阵列，孔径大小可调，以及良好的有序性，因而在纳米材料的制备上有着广泛的应用。然而，模板辅助法合成的纳米结构与模板之间的夹持效应会使其性能下降。但是如果去除模板，所合成的纳米结构由于失去机械支撑，在毛细管吸力的作用下发生倒塌和缠结成束无序性的结构。而纳米结构的聚结成束会大大的影响装置的性能。而这种聚合成束很大的程度上是因为其高的表面张力，这种张力是与纳米结构的压应力有着密切的关系的。为了减少这种表面张力，高密度纳米结构想要垂直有序的与基底结合就必须降低纳米管阵列结构的长径比(高度与直径的比值)。到目前为止，无报道说明多铁性双层纳米管结构的垂直有序性和结构性能的关系。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种制备垂直有序多铁性双层纳米管阵列的方法，该制备方法制成CFO-PZT双层纳米管阵列能够与基底进行垂直结合，具有可控的尺寸，高密度，好的有序性，而且有着好的多铁性，还具有制作成本低、人工操作安全等特点。为了达到上述技术目的，本专利技术实施例提供了一种制备垂直有序多铁性双层纳米管阵列的方法，所述制备垂直有序多铁性双层纳米管阵列的方法包括：选取基底，对基底进行处理；制备阳极氧化铝模板AAO；进行AAO的扩孔以及转移；进行锆钛酸铅PZT溶胶和钴铁氧CFO溶胶的配制；浸渍PZT溶胶凝胶；将样品置于离子刻蚀机中进行刻蚀；将刻蚀后的样品浸渍于CFO溶胶凝胶中；将浸渍CFO后的样品置于离子刻蚀机中进行刻蚀；去除残留的AAO模板得到垂直有序多铁性双层纳米管阵列。优选的，在本专利技术一实施例中，在所述选取基底之前，进行前处理以得到样品备用。优选的，在本专利技术一实施例中，所选取的所述基底为铂Pt导电基底；所述前处理方式为，取多片1cm×1cm基底，依次用丙酮，乙醇，去离子水清洗多次，氮气吹干得到样品备用。优选的，在本专利技术一实施例中，所述制备阳极氧化铝模板AAO，包括：选取的AAO模板以草酸作电解液，采用两步氧化法得到的小孔径的模板。优选的，在本专利技术一实施例中，在所述进行AAO的扩孔以及转移中：将制备好的AAO薄膜用玻璃载玻片转移至浓度为5-10％的稀磷酸溶液中，浸泡温度为35-45℃，浸泡时间为35-60min，然后将其转移至去离子水中常温浸泡10-20min，以使AAO模板进行扩孔和去除底部障碍层；然后将扩孔的AAO薄膜平铺于清洗干净的Pt基底上，氮气吹干，快速退火处理装置RTP中煅烧去除聚苯乙烯PS保护层，温度450℃，时间20min，氛围为空气。优选的，在本专利技术一实施例中，在所述浸渍PZT溶胶凝胶中：将制备得到的铂片上载有AAO模板的样品置于装有PZT溶胶凝胶的烧杯中，将其浸没，常温常压，浸渍时间为8时，拿出用氮气枪吹走表面残留凝胶，并于RTP中进行退火处理，退火氛围为空气。优选的，在本专利技术一实施例中，在所述将样品置于离子刻蚀机中进行刻蚀中：在真空度为5.6×10-4mbar，室温条件下，保持所述离子刻蚀机的阴极电流为11.5A，阳极电压为55V，屏极电压为320V，加速电压为250V，中和电流为13A，偏置电压为1.2V，进行刻蚀，时间为15-20min。优选的，在本专利技术一实施例中，在所述将刻蚀后的样品浸渍于CFO溶胶凝胶中：将制备得到的AAO模板支撑的单层PZT纳米管样品置于装有CFO溶胶凝胶的烧杯中，常温常压下，将其浸渍为8小时，将样品取出，用氮气枪吹走表面残留凝胶。在氧气氛围中，在RTP中进行退火处理。优选的，在本专利技术一实施例中，在所述将浸渍CFO后的样品置于离子刻蚀机中进行刻蚀中：在真空度为5.6×10-4mbar，室温条件下，保持所述离子刻蚀机的阴极电流为11.5A，阳极电压为55V，屏极电压为320V，加速电压为250V，中和电流为13A，偏置电压为1.2V，进行刻蚀，时间为10-15min。优选的，在本专利技术一实施例中，在所述去除残留的AAO模板得到有序垂直的双层纳米管阵列中：刻蚀结束后，在碱溶液中去除残留的AAO模板，得到垂直有序多铁性双层纳米管阵列。上述技术方案具有如下有益效果：(1)本专利技术实施例利用AAO模板作为辅助制造模板，容易制备，尺度易调控，与其他模板相比有序性高；(2)本专利技术实施例利用离子束刻蚀技术，能够有效的去除常压下浸渍溶胶退火后残留在样品表面多余的PZT物质和CFO物质，操作简便，工序简单；(3)本专利技术实施例利用离子刻蚀技术而非常用的等离子体刻蚀、反应离子刻蚀技术，无需引入化学反应气体，不会引入新的杂质污染纳米微结构，操作环境无毒无害，制备成本低，操作人员安全性高；(4)本专利技术实施例基于溶胶凝胶技术，可以在常温下进行制备避免使用高温设备，成本低，易操控，合成的物质高纯均一，而且避免了使用真空镀膜设备(如PLD等)，具有良好的应用前景；(5)本专利技术实施例的CFO-PZT双层纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备垂直有序多铁性双层纳米管阵列的方法，其特征在于，所述制备垂直有序多铁性双层纳米管阵列的方法包括：选取基底，对基底进行处理；制备阳极氧化铝模板AAO；进行AAO的扩孔以及转移；进行锆钛酸铅PZT溶胶以及钴铁氧CFO溶胶的配制；浸渍PZT溶胶凝胶；将样品置于离子刻蚀机中进行刻蚀；将刻蚀后的样品浸渍于CFO溶胶凝胶中；将浸渍CFO后的样品置于离子刻蚀机中进行刻蚀；去除残留的AAO模板得到垂直有序多铁性双层纳米管阵列。

【技术特征摘要】
1.一种制备垂直有序多铁性双层纳米管阵列的方法，其特征在于，所述制备垂直有序多铁性双层纳米管阵列的方法包括：选取基底，对基底进行处理；制备阳极氧化铝模板AAO；进行AAO的扩孔以及转移；进行锆钛酸铅PZT溶胶以及钴铁氧CFO溶胶的配制；浸渍PZT溶胶凝胶；将样品置于离子刻蚀机中进行刻蚀；将刻蚀后的样品浸渍于CFO溶胶凝胶中；将浸渍CFO后的样品置于离子刻蚀机中进行刻蚀；去除残留的AAO模板得到垂直有序多铁性双层纳米管阵列。2.如权利要求1所述制备垂直有序多铁性双层纳米管阵列的方法，其特征在于，在所述选取基底之前，对基底进行前处理备用。3.如权利要求2所述制备垂直有序多铁性双层纳米管阵列的方法，其特征在于，在所选取的所述基底为铂Pt导电基底；所述前处理方式为，取多片1cm×1cm基底，依次用丙酮，乙醇，去离子水清洗，氮气吹干样品备用。4.如权利要求1所述制备垂直有序多铁性双层纳米管阵列的方法，其特征在于，所述制备阳极氧化铝模板AAO，包括：选取的AAO模板以草酸为电解液，采用两步氧化法得到小孔径的模板。5.如权利要求1所述制备垂直有序多铁性双层纳米管阵列的方法，其特征在于，在所述进行AAO的扩孔以及转移中：将制备好的AAO薄膜用玻璃载玻片转移至浓度为5-10％的稀磷酸溶液中，浸泡温度为35-45℃，浸泡时间为25-40min，然后将其转移至去离子水中常温浸泡10-20min，以使AAO模板进行扩孔和去除底部障碍层；然后将扩孔的AAO薄膜平铺于清洗干净的Pt基底上，氮气吹干，在空气氛围中，采用快速退火处理装置RTP在空气氛围中煅烧以去除聚苯乙烯PS保护层，温度450℃，时间20min。6.如权利要求1所述制备垂直有序多铁性双层纳米管阵列的方法，其特征在于，在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张璋，汤丹，王新，曾志强，
申请(专利权)人：肇庆市华师大光电产业研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44