磁性透明導(dǎo)電納米復(fù)合膜和磁性納米粒子組裝薄膜的制備與研究.pdf

1、本論文采用磁控濺射法制備了AZO/M/AZO(M=Fe,FeCo)磁性透明導(dǎo)電納米復(fù)合膜,研究了制備參數(shù)對樣品結(jié)構(gòu)、形貌、電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)特性的影響;采用等離子體磁控濺射結(jié)合惰性氣體冷凝的技術(shù)制備了尺寸均一、粒徑可控、表面清潔的磁性金屬和合金納米粒子及納米粒子組裝薄膜,研究了制備參數(shù)對納米粒子的尺寸、形貌和磁學(xué)特性的影響,并分析了惰性氣體流量與納米粒子粒徑關(guān)系及其機理;在此基礎(chǔ)上進一步研究了在納米粒子束流復(fù)合沉積系統(tǒng)樣品架上施加加速電壓

2、對納米粒子組裝薄膜的結(jié)構(gòu)、靜態(tài)磁學(xué)特性和高頻磁學(xué)性能的影響,并通過隨后的熱處理獲得了性能優(yōu)良的適合在高頻下應(yīng)用的高密度FeCo合金納米粒子組裝薄膜。
　　 本研究的主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　 1、通過對納米復(fù)合薄膜的制備參數(shù)、Fe磁性層厚度和退火工藝條件的優(yōu)化,制備出了同時具有室溫鐵磁性、高可見光透過率、低電阻率的AZO/Fe/AZO磁性透明導(dǎo)電納米復(fù)合膜。研究發(fā)現(xiàn)中間的Fe磁性薄層既能提供穩(wěn)定的窒溫鐵磁性又可以大幅

3、降低體系的電阻率;同時退火處理和基片加熱可以增加樣品的可見光透過率和進一步降低電阻率。對于Fe磁性層厚度為5 nm、退火溫度為400℃的樣品,可見光透過率已經(jīng)接近80％,電阻率達到了10-4Ω·cm量級。而對于Fe磁性層厚度為4 nm、基片溫度為300℃條件下制備出的樣品,其電阻率低至4.0×10-4Ω·cm,可見光透過率超過80％,且具有穩(wěn)定的室溫鐵磁性。
　　 2、通過研究FcCo(合金成分Fc65Co35)層厚度和基片溫度

4、對AZO/FcCo/AZO磁性透明導(dǎo)電納米復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)、形貌、電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)性能的影響發(fā)現(xiàn),基片溫度和FeCo層厚度對樣品的光學(xué)、磁學(xué)和電學(xué)性能有著顯著的影響。基片溫度對降低樣品的電阻率和提高可見光透過率方面有著較大的效果,但過高的基片溫度會使FeCo磁性層的氧化程度過大,從而降低AZO/FeCo/AZO薄膜的飽和磁化強度。當(dāng)基片溫度為300℃、FcCo層厚度為2 nm時,樣品顯示出較大矯頑力(2300 Oe),同時可見光透過率超過了

5、85％,電阻率達到了5.5×104Ω·cm,已經(jīng)基本達到了透明導(dǎo)電膜對樣品主要性能參數(shù)的要求。并且對AZO薄膜力學(xué)性能的測試結(jié)果表明,本磁控濺射法制備的AZO復(fù)合薄膜硬度都超過了4.0 Gpa,樣品與玻璃基片的基底附著力最高達到了32 mN,顯示出良好的力學(xué)性能。
　　 3、使用自行研制的納米粒子束流復(fù)合沉積系統(tǒng)制備了磁性金屬納米粒子,通過優(yōu)化制備參數(shù)最終制備出了粒徑均一、尺寸可控、表面清潔的Fe磁性納米粒子。通過對不同條件下制

6、備的Fe納米粒子的結(jié)構(gòu)、形貌、尺寸以及尺寸分布的研究發(fā)現(xiàn):導(dǎo)入的惰性氣體流量對獲得的納米粒子粒徑大小和尺寸分布有很大的影響,隨著Ar氣流量的增大Fe納米粒子的粒徑增大,而隨著He氣流量的增大Fe納米粒子的粒徑減小;通過對實驗數(shù)據(jù)的擬合得出了納米粒子的粒徑與Ar氣和He氣流量之間的定量關(guān)系式,這為后續(xù)不同物質(zhì)納米粒子復(fù)合薄膜材料的研究提供了重要的實驗基礎(chǔ)和理論依據(jù)。
　　 4、研究了Fe納米粒子組裝薄膜的電學(xué)和磁學(xué)性能與粒徑大小的

7、關(guān)系,并通過在納米粒子復(fù)合沉積系統(tǒng)的樣品架上施加加速電壓的方式制備了具有較高堆積密度的FeCo(合金成分Fe65C035)納米粒子組裝薄膜。通過研究加速電壓和退火溫度對樣品的堆積分?jǐn)?shù)、靜態(tài)磁學(xué)性能和高頻磁學(xué)特性的影響發(fā)現(xiàn):加速電壓可以極大地提高FeCo納米粒子的堆積密度,當(dāng)加速電壓Va=-20 kV時,納米粒子的堆積密度達到了81％,超過了剛性球模型中fcc和hcp結(jié)構(gòu)的堆積分?jǐn)?shù)(74％);退火處理可以明顯消除因高加速電壓下導(dǎo)致的薄膜內(nèi)