Nd-Fe-B磁性纳米线阵列的制备方法技术

技术编号:19191706 阅读:4 留言:0更新日期:2018-10-17 03:54
本发明专利技术为一种Nd‑Fe‑B磁性纳米线阵列的制备方法。该方法包括以下步骤:将氯化钕(NdCl3·6H2O)、氯化亚铁(FeCl2·4H2O)、硼酸(H3BO3)和去离子水混合,配制得到NdFeB合金溶液;再加入络合剂,得到沉积液;其中,络合剂为甘氨酸(NH2CH2COOH)、氯化铵(NH4Cl)和抗坏血酸(C6H8O6);以石墨为阳极,AAO模板为阴极,以上一步制得的Nd‑Fe‑B沉积液为电解液,利用直流稳压电源,进行电化学沉积,最后得到Nd‑Fe‑B三元合金磁性纳米线。本发明专利技术所得纳米线数量巨大,沉积率高,纳米线平行排列,高度有序,线径均一,长径比很大。

【技术实现步骤摘要】
Nd-Fe-B磁性纳米线阵列的制备方法
本专利技术的技术方案涉及含稀土金属和磁性过渡金属的磁性材料,具体地说是Nd-Fe-B三元合金磁性纳米线的制备方法。
技术介绍
随着信息技术的不断发展,信息存储技术要求具有超高密度和存储速度。传统磁记录介质的记录密度已经接近超顺磁性极限,同时记录速度受限于磁化反转速度因而发展缓慢,因此,寻求超高密度、超高存储速度的记录技术已经成为目前的信息
的研究热点。第三代稀土永磁材料Nd-Fe-B具有其他材料不可比拟的高剩磁、高矫顽力和高磁能积,因而位居永磁材料应用发展的首位,被称为“磁王”,广泛应用于电子信息、能源、机械等高新
随着微电子科学的不断发展,电子器件向微、精、薄、智能化方向发展,这要求相应的磁性元件薄膜化。由于块体高性能永磁材料都比较脆,其可分割的尺寸是有限的,通常极限都在100微米量级。因此,薄膜形态的微米量级厚的永磁体必须通过物理沉积或化学沉积的方法来得到。目前,国内外对钕铁硼薄膜材料的制备多采用物理方法,最主要为磁控溅射法。磁控溅射法主要包括直流溅射法和射频溅射法。Yang等采用直流磁控溅射法制备了厚度为400nm~500nm的NdFeB薄膜,见[YangJH,KimMJ,ChoSH,KimHT,KimYB.EffectsofcompositionandsubstratetemperatureonthemagneticproperitesandperpendicularanisotropyofNdFeBthinfilms[J].J.Magn.Magn.Mater,2002,248:374.];Chiriac等采用射频磁控溅射法制备了[NdFeB/NbCu]n多层膜。以组合靶制备Nd2Fe14B薄膜为例,采用对向靶溅射系统(FTS),采用Fe靶,并将Nd、B切成相同大小的薄片(Fe、Nd、B的纯度均为99.9%)按溅射刻蚀分布状况放置在底部的铁靶上,并通过改变Nd、B片的数量来改变样品中各元素的成分比例,溅射Ar气压固定在0.4Pa,直流溅射功率为150W,基板采用Ta和热氧化硅基板,见[ChiriacH,GrigorasM,UrseM.Influenceofthespacerlayerinmicrostructureandmagneticpropertiesof[NdFeB/NbCu]×nthinfilms[J].J.Magn.Magn.Mater,2007,316:128.]。以上方法制备的记录介质薄膜的性能及均匀性强烈依赖于溅射功率、靶基距、气体压力、背底真空度等多种因素,存在成本高、沉积面小、对镀件性状表面要求高等不足,大大限制了Nd-Fe-B磁性薄膜材料的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的为针对当前技术中存在的不足,提供一种Nd-Fe-B合金磁性纳米线的制备方法。该专利首次提出了利用直流电化学沉积法在水溶液中制备NdFeB薄膜的方法,并通过调整沉积液中各元素含量,找出了制备Nd2Fe14B纳米线阵列的最佳工艺。本专利技术工艺过程简单,可控性强,制备的纳米线阵列均匀性好且高度有序。本专利技术的技术方案是:一种Nd-Fe-B磁性纳米线阵列的制备方法,包括以下步骤:(1)配置NdFeB沉积液将氯化钕(NdCl3·6H2O)、氯化亚铁(FeCl2·4H2O)、硼酸(H3BO3)和去离子水混合,配制得到Nd-Fe-B合金溶液;再加入络合剂,搅拌时间5min~10min分钟;得到沉积液;其中,络合剂为甘氨酸(NH2CH2COOH)、氯化铵(NH4Cl)和抗坏血酸(C6H8O6);沉积液中各成分的浓度分别为:C(NdCl3·6H2O)=8g/L~16g/L,C(FeCl2·4H2O)=40g/L,C(H3BO3)=33g/L,C(C2H5NO2)=30g/L,C(C6H8O6)=1.2g/L,C(NH4Cl)=30g/L;(2)Nd-Fe-B三元合金磁性纳米线的沉积以石墨为阳极,AAO模板为阴极,以上一步制得的Nd-Fe-B沉积液为电解液,利用直流稳压电源,进行电化学沉积,最后得到Nd-Fe-B三元合金磁性纳米线;其中,沉积电流为5mA~20mA,电化学沉积过程为:先在1.3V~1.4V电压下沉积0.25h~1.0h,再在1.7V~1.8V电压下,沉积0.25h~1.0h;所述的电化学沉积之后,还包括如下步骤:对所得Nd-Fe-B纳米线进行热处理,具体工艺为:650℃~680℃下保温2h~5h,再随炉冷却至室温。所述的沉积过程在磁力搅拌器上进行,转速为1r/s~5r/s。所述的AAO模板的制备方法,优选为包括如下步骤:(1)铝片预处理将将纯度为99.999%的高纯铝箔裁剪为所需的大小,然后再经过退火、清洗和抛光,完成预处理;其中,退火温度为500℃,退火时间为5h;抛光处理:以无水乙醇和高氯酸按体积比4:1配制的溶液作电解液,以石墨作阴极,铝箔作阳极,在15V电压下抛光5min;(2)二次阳极氧化第一次氧化:将抛光处理后的铝片为阳极,以石墨为阴极,电解液选用0.3mol/L的草酸溶液,稳态电压为40V,氧化时间4h;然后将铝片取出后在60℃的磷铬酸溶液中反应4h;再进行第二次氧化:将经过第一次氧化的铝片为阳极,以石墨为阴极,电解液选用0.3mol/L的草酸溶液;稳态电压为40V,氧化时间4h;(3)去底将饱和CuCl2溶液滴在经过二次阳极氧化的铝片的一侧表面,反应1min~2min后用去离子水冲去腐蚀物,显露出模板中部透明的氧化铝膜;(4)扩孔再将上步得到的铝片在30℃、5wt%的磷酸溶液中浸泡1h;(5)喷金抽真空至气压降至10Pa~1Pa时,对步骤(4)得到的铝片喷金;喷金过程开始,时间调至5min,电流控制在10mA~20mA之间,喷金过程完成后,静至3min~5min,得到AAO模板。所述的步骤(1)中的退火为氩气气氛保护条件下的真空管式炉中进行,使用前需抽真空至10Pa~100Pa。本专利技术的有益效果是:本专利技术方法在Nd-Fe-B三元沉积液中通过直流电化学沉积的方法,考虑工艺条件和沉积液组成的影响,确定了制备Nd-Fe-B纳米线阵列的最佳工艺条件。所得纳米线数量巨大,沉积率高。纳米线平行排列,高度有序,线径均一,长径比很大。该纳米线的矫顽力可达1027.03Oe,饱和磁化强度达到10.9emu/g。更具体地说,本专利技术的有益效果及其机理如下:(1)通过二次阳极氧化法制备的氧化铝模板高度有序,孔道平行排列,且都垂直与模板表面生长。模板孔道直径为70nm~80nm,长径比较大。纳米线在模板的支撑作用下,限域生长,大小均一,排列整齐有序。(2)本专利技术方法以石墨作阳极,自制的氧化铝模板作阴极,通过直流电化学沉积,将沉积液中的Nd3+、Fe2+、B3+还原为金属原子,在电场牵引下,在模板底部聚集生长。沉积液的最佳组成为:氯化钕13.45g/L,氯化亚铁80g/L,硼酸36g/L,甘氨酸30g/L,抗坏血酸1.2g/L,氯化铵30g/L;最佳工艺条件为:沉积电压1.7V,沉积时间为1h,电流不超过20mA,pH为2.5。(3)本专利技术方法制备的Nd-Fe-B复合磁性纳米线沉积率高,纳米线排列规则有序,数量巨大。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种Nd‑Fe‑B磁性纳米线阵列的制备方法,其特征为该方法包括以下步骤:(1) 配置NdFeB沉积液将氯化钕(NdCl3·6H2O)、氯化亚铁(FeCl2·4H2O)、硼酸(H3BO3)和去离子水混合,配制得到Nd‑Fe‑B合金溶液;再加入络合剂,搅拌5min~10min分钟;得到沉积液;其中,络合剂为甘氨酸(NH2CH2COOH)、氯化铵(NH4Cl)和抗坏血酸(C6H8O6);沉积液中各成分的浓度分别为:C(NdCl3·6H2O)=8g/L~16g/L,C(FeCl2·4H2O)=40g/L,C(H3BO3)=33g/L,C(C2H5NO2)=30g/L,C(C6H8O6)=1.2g/L,C(NH4Cl)=30 g/L;(2)Nd‑Fe‑B三元合金磁性纳米线的沉积以石墨为阳极,AAO模板为阴极,以上一步制得的Nd‑Fe‑B沉积液为电解液,利用直流稳压电源,进行电化学沉积,最后得到Nd‑Fe‑B三元合金磁性纳米线;其中,沉积电流为5mA~20mA,电化学沉积过程为:先在1.3V~1.4V电压下沉积0.25h~1.0h,再在1.7V~1.8V电压下,沉积0.25h~1.0h。

【技术特征摘要】
1.一种Nd-Fe-B磁性纳米线阵列的制备方法,其特征为该方法包括以下步骤:(1)配置NdFeB沉积液将氯化钕(NdCl3·6H2O)、氯化亚铁(FeCl2·4H2O)、硼酸(H3BO3)和去离子水混合,配制得到Nd-Fe-B合金溶液;再加入络合剂,搅拌5min~10min分钟;得到沉积液;其中,络合剂为甘氨酸(NH2CH2COOH)、氯化铵(NH4Cl)和抗坏血酸(C6H8O6);沉积液中各成分的浓度分别为:C(NdCl3·6H2O)=8g/L~16g/L,C(FeCl2·4H2O)=40g/L,C(H3BO3)=33g/L,C(C2H5NO2)=30g/L,C(C6H8O6)=1.2g/L,C(NH4Cl)=30g/L;(2)Nd-Fe-B三元合金磁性纳米线的沉积以石墨为阳极,AAO模板为阴极,以上一步制得的Nd-Fe-B沉积液为电解液,利用直流稳压电源,进行电化学沉积,最后得到Nd-Fe-B三元合金磁性纳米线;其中,沉积电流为5mA~20mA,电化学沉积过程为:先在1.3V~1.4V电压下沉积0.25h~1.0h,再在1.7V~1.8V电压下,沉积0.25h~1.0h。2.如权利要求1所述的Nd-Fe-B磁性纳米线阵列的制备方法,其特征为所述的电化学沉积之后,还包括如下步骤:对所得Nd-Fe-B纳米线进行热处理,具体工艺为:650℃~680℃下保温2h~5h,再随炉冷却至室温。3.如权利要求1所述的Nd-Fe-B磁性纳米线阵列的制备方法,其特征为所述的沉积过程在磁力搅拌器上进行...

【专利技术属性】
技术研发人员:崔春翔康立丛杨薇丁贺伟曹斌
申请(专利权)人:河北工业大学
类型:发明
国别省市:天津,12

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