Sm-Co/Fe-Co系雙相耦合磁性納米線陣列的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的技術(shù)方案涉及自溶液的金屬粉末的電解生產(chǎn)，具體地說是Sm-Co/Fe-Co系雙相耦合磁性納米線陣列的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年來，隨著納米材料制備技術(shù)手段的進(jìn)步和發(fā)展，科學(xué)家們在以往制備納米線的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，制備出了各種引人注目的復(fù)合結(jié)構(gòu)納米線。例如Ni/Cu[59]、Co/Cu(姚素薇，宋振興，王宏智.Co/Cu多層納米線陣列的制備與磁性能.物理化學(xué)學(xué)報(bào)[J]，2007，23 (8):1306?1310)等多層納米線的制備以及磁性能的研究;也有像NiCu/Cu (齊闊，馬傳生，李興華，等.NiCu/Cu多層納米線微、納結(jié)構(gòu)及成份研究.電子顯微學(xué)報(bào)[J]，2012，31 (2):97-103)的二元合金與單質(zhì)的多層納米線的研究?？墒沁@些研究通常是一種磁性材料跟一種非磁性材料的交替制備，主要是巨磁阻效應(yīng)的研究，對于良好的磁記錄材料鮮有多層納米線的報(bào)道。磁性納米線陣列在高密度磁記錄領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景，并可用于高密度垂直磁記錄材料，可以使信息存儲密度得到大幅度提高，實(shí)現(xiàn)量子磁盤的開發(fā)。
[0003]Sm-Co系合金大多都是硬磁相，而Fe-Co系則大多為軟磁相。利用交替電化學(xué)沉積的方法可以對Sm-Co合金和Fe-Co合金進(jìn)行交替沉積，使Sm-Co硬磁層和Fe-Co軟磁層能夠復(fù)合在一起，從而達(dá)到比單一磁性納米線更好的磁性能的軟硬磁復(fù)合納米線。目前Sm-Co/Fe-Co系雙相納米耦合材料主要通過電子束蒸發(fā)、激光蒸發(fā)、濺射、真空噴鍍、外延技術(shù)、熔鹽電沉積或非水電沉積等方法制備(劉湘華，嚴(yán)格，崔利亞，等.納米結(jié)構(gòu)SmCo/FeCo多層薄膜的磁性.物理學(xué)報(bào)，1999，48 (S):S180?S186);這些技術(shù)對制備Sm-Co/Fe-Co系雙相納米耦合材料的條件要求較高，而水溶液電沉積法設(shè)備簡單、操作方便，易在表面和曲面上成膜，而且膜的厚度、組成和形貌等能通過改變一些參數(shù)來調(diào)節(jié)，但是由于Sm很難從溶液中還原得到，因而有關(guān)水溶液電沉積Sm - Co合金納米線陣列在國內(nèi)外鮮見報(bào)道。
[0004]CN201410312165公開了 Sm-Co合金非晶磁性納米線陣列的制備方法，其不足之處為試驗(yàn)成功率很低，就是說在十次沉積試驗(yàn)中，大約會有八、九次試驗(yàn)都會失敗，其原因是:
(I)CN201410312165對AAO模板的平整度要求極高，模板的平整度稍差，就會導(dǎo)致陰極與模板金膜接觸不良，也就不會生長出Sm-Co非晶合金納米線，(2)對Sm、Co及甘氨酸的濃度配比的精確度要求極高，濃度配比稍有偏差，Sm離子就很難從溶液中還原得到，試驗(yàn)得到的納米線的成分就變成了純Co晶態(tài)納米線，(3)即使試驗(yàn)成功，得到的非晶Sm-Co合金納米線結(jié)構(gòu)疏松，而且經(jīng)常伴有大量的Sm-Co合金非晶納米管生成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供Sm-Co/Fe-Co系雙相耦合磁性納米線陣列的制備方法，通過單槽雙液直流電化學(xué)沉積法得到高沉積率的Sm-Co/Fe-Co系雙相耦合磁性納米線陣列，并對該雙相納米線陣列進(jìn)行退火處理，最后得到具有較高綜合磁性能的Sm-Co/Fe-Co系雙相耦合磁性納米線陣列產(chǎn)品，克服了現(xiàn)有技術(shù)制備Sm-Co/Fe-Co系雙相納米親合材料的條件要求高，Sm-Co 二元合金納米線沉積率低的缺陷。
[0006]本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:Sm-Co/Fe-Co系雙相耦合磁性納米線陣列的制備方法，步驟如下:
[0007]第一步，安裝專用的單槽雙液交替沉積裝置:
[0008]該裝置由沉積液、石墨板、沉積槽、直流穩(wěn)壓電源、銅片、AAO模板、墊圈、磁轉(zhuǎn)子和磁力攪拌器構(gòu)成，上述部件的連接方式是:作為陽極的石墨板與直流穩(wěn)壓電源的正極相連，墊圈保證銅片與作為陰極的AAO模板緊密相接并與直流穩(wěn)壓電源的負(fù)極相連，沉積液置于沉積槽中，石墨板從沉積槽上方正中插入沉積槽內(nèi)，沉積槽內(nèi)部的下底部安放磁轉(zhuǎn)子，磁力攪拌器安裝在沉積槽外部的正下方，由此安裝成專用的單槽雙液交替沉積裝置；
[0009]第二步，AAO模板沉積前的處理工作:
[0010]首先將底部噴鍍金的AAO模板浸泡在去離子水中，置于60°C水浴中l(wèi)min，然后置于超聲波中震蕩，直至趕走納米孔洞中的殘余氣泡；
[0011]第三步，Sm-Co相沉積液的配置:
[0012]用去離子水溶解SmCl3.6H20、CoCl2.6H20、H3BO3、甘氨酸和抗壞血酸，所得溶液中的 SmCl3.6H20 的濃度為 0.3 ?0.5mol/L，CoCl2.6H20 的濃度為 0.05 ?0.15mol/L，H3BO的濃度為25?35g/L，甘氨酸的濃度為0.1?0.3mol/L，抗壞血酸的濃度為2?4g/L ;
[0013]第四步，F(xiàn)e-Co相沉積液的配置:
[0014]用去離子水溶解FeCl2.6H20、CoCl2.6H20、H3BO3和抗壞血酸，所得溶液中的FeCl2.6H20 的濃度為 0.15 ?0.35mol/L，CoCl2.6H20 的濃度為 0.15 ?0.35mol/L，H3BO3的濃度為30g/L，抗壞血酸的濃度為4g/L ；
[0015]第五步，制備Sm-Co/Fe-Co系雙相耦合磁性納米線陣列:
[0016]首先以沉積單一相納米線的方法，即將上述第四步配置的Fe-Co相沉積液放入第一步所述的專用的單槽雙液交替沉積裝置的沉積槽中，以第二步中處理好的AAO模板為陰極，石墨板為陽極，用磁力攪拌器驅(qū)動磁轉(zhuǎn)子攪拌，選擇直流穩(wěn)壓電源的2?8V直流電壓沉積Fe-Co納米線，時(shí)間為30s?3min ;而后取出沉積有Fe-Co納米線陣列的AAO模板，倒去上述專用的單槽雙液交替沉積裝置的沉積槽中的液體，將上述第三步配置的Sm-Co相沉積液放入該沉積槽中，再將取出沉積有Fe-Co納米線陣列的AAO模板置入盛有Sm-Co相沉積液的沉積槽中，重新調(diào)整直流穩(wěn)壓電源的直流電壓為2V沉積Sm-Co納米線，時(shí)間為5?1min,沉積完成后，再重復(fù)上述置入Fe-Co相沉積液和Sm-Co相沉積液中的操作，如此依次重復(fù)沉積多次，直到AAO模板表面有一層灰黑色的薄膜出現(xiàn)，表明納米孔洞被填滿，雙相納米線已沉積完畢，由此制得Sm-Co/Fe-Co系雙相耦合磁性納米線陣列；
[0017]第六步，沉積態(tài)雙相納米線陣列的晶化退火處理:
[0018]將第五步得到的沉積態(tài)Sm-Co/Fe-Co系雙相耦合磁性納米線陣列放入真空度小于10 2Pa的真空燒結(jié)爐中，采用如下工藝參數(shù)進(jìn)行晶化處理:在一直抽真空的操作條件下以小于10°C /min速度從室溫加熱到660°C，恒溫1min后，再充入Ar氣保護(hù)，再保溫3h，然后隨爐冷卻到室溫，由此完成沉積態(tài)雙相納米線陣列的晶化退火處理，制得Sm-Co/Fe-Co系雙相耦合磁性納米線陣列產(chǎn)品。
[0019]上述Sm-Co/Fe-Co系雙相親合磁性納米線陣列的制備方法，所述Sm-Co相沉積液的配置中，優(yōu)選Sm3+與Co2+的摩爾濃度比為6: I或4:1。
[0020]上述Sm-Co/Fe-Co系雙相親合磁性納米線陣列的制備方法，所涉及的設(shè)備和原料均通過公知途徑獲得，所用的操作工藝是本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠掌握的。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步如下:
[0022](I)本發(fā)明方法與現(xiàn)有技術(shù)CN201410312165相比，具有顯著進(jìn)步如下:①降低了對模板平整度的要求。由于本發(fā)明方法中Fe-Co合金納米線非常容易沉積，而且沉積率極高，因而先讓Fe-Co系合金做引子，接下來再用單槽雙液交替沉積的方法使Sm-Co合金非晶納米線在Fe-Co納米線短棒端生長，此種交替沉積法消除了模板平整度對整個制備過程的影響。②對Sm、Co及甘氨酸的濃度配比精度要求降低。本發(fā)明方法中當(dāng)Sm離子濃度增加時(shí)，Sm-Co相晶化后會得到純Sm相及Sm2Co17相，當(dāng)Sm離子濃度降低時(shí)，純Sm相消失，晶化退火后會出現(xiàn)Sm2Co17相及SmCo 5相混合物?？傊?，當(dāng)Sm、Co及甘氨酸的濃度配比即使有較大變動，仍然會出現(xiàn)Sm-Co合金相。③單槽雙液交替沉積法得到的雙相納米線相對單相Sm-Co合金納米線結(jié)構(gòu)致密，無納米管生成，而且兩相結(jié)合處無明顯結(jié)節(jié)，Sm-Co與Fe-Co兩相的界面處的原子進(jìn)行了表面配位，互相滲透到了彼此的物相當(dāng)中去。
[0023](2)本發(fā)明的發(fā)明人團(tuán)隊(duì)根據(jù)對相關(guān)研究領(lǐng)域技術(shù)現(xiàn)狀的深入分析和大量實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出一種制備Sm-Co/Fe-Co系雙相親合磁性納米線陣列磁體的全新技術(shù)路線:通過單槽雙液直流電化學(xué)沉積法得到高沉積率的Sm-Co/Fe-Co系雙相耦合磁性納米線陣列，并對該雙相納米線陣列進(jìn)行退火處理，最后得到具有較高綜合磁性能的軟硬磁交替耦合的雙相磁性納米線陣列。該新技術(shù)的關(guān)鍵成果是解決了現(xiàn)有技術(shù)中Sm-Co 二元合金納米線沉積率低的缺陷，也克服了現(xiàn)有技術(shù)制備Sm-Co/Fe-Co系雙相納米親合材料的條件要求較高的缺陷。
[0024](3)本發(fā)明方法的單槽雙液直流電化學(xué)沉積工