基于AAO/Si复合模板磁性纳米线阵列的制备

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一维纳米结构材料由于其独特的形貌结构表现出不同于块体、颗粒、薄膜等结构材料的性能,而得到广泛的研究。近年来,人们对一维纳米材料不仅仅局限于结构材料的制备上,而是希望能在实际器件中得到应用。纳米结构器件的构筑需对一维材料进行有序组装,而极大部分制备出的纳米材料是杂乱无序的,使其应用受到了限制。将纳米材料按一定方式排列起来构成阵列体系,是当今纳米材料和纳米结构研究的前沿和热点。有序阵列体系兼具低维纳米尺度效应和高度有序性,比杂乱、无序纳米材料具有更优异的性能,它是下一代纳米结构器件设计的材料基础。因此,对一维“自由站立”的磁性纳米线阵列的研究具有现实意义。磁性纳米线的制备采用模板辅助电化学沉积技术,但是绝大部分在模板去除后,纳米线因无支撑而变得松散无序,不便于研究不同阵列结构对磁性纳米线性能的影响。因此,为了实现纳米线的“自由站立”和有序组装,本文重点研究了AAO/Si复合型模板的制备工艺,并主要研究了实验参数(电解质类型、阳极氧化电压、氧化时间等)对复合模板表面形貌、孔参数的影响。(1)组装型AAO/Si的复合模板:用铝片制备出双通AAO,然后将AAO模板以物理方式贴附于导电基底上。结果表明:孔间距与孔直径与电解液类型密切相关,不同电解液的最优阳极电压不同。草酸电解液的最优氧化电压为40 V,磷酸+草酸电解液的最优电压为195 V,并通过调控氧化时间与扩孔时间实现了大范围厚度和孔直径可调的AAO/Si复合模板,AAO模板与Si基底粘附性较差。同时,对于磷酸+草酸电解液制备的双通AAO模板,利用物理填充技术(聚碳酸酯,PMMA)将孔直径的最小值由原先的300 nm缩小至230 nm。(2)生长型AAO/Si的复合模板:利用镀膜技术先制备出Al/Ti/Si的复合薄膜,再对铝膜进行阳极化处理,形成AAO/Ti/Si复合型模板。结果表明:在磷酸+草酸电解液中,模板形貌结构较差。在草酸电解液中,通过调控氧化时间与扩孔时间实现了AAO模板厚度和孔直径的调控,AAO模板厚度与孔直径的范围远小于组装型AAO/Si的复合模板,但与基底的结合力远大于组装型AAO/Si的复合模板。最后,利用两种复合型模板进行电化学沉积钴铁合金(Co Fe2,CF)、钴铁氧体(Co Fe2O4,CFO)纳米线阵列。结果表明:相对于组装型AAO/Si的复合模板,生长型模板制备的纳米线与基底具有较好的结合力,不易脱落。纳米线高度小于2μm时,可相互平行,自由站立在基底上,呈现出六角排列。纳米线高度大于5μm时,由于长度的原因出现顶部团聚现象。CF纳米线表现出较差的结晶度甚至未结晶,CFO则表现出良好的结晶性。并得到了一个剩磁比为0.42,矫顽力为553Oe,表现出磁各向异性的“自由站立”的铁氧体纳米线阵列。
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