一種鈰摻雜納米鋇鐵氧體薄膜及其製備方法

2023-10-10 12:26:29 1

專利名稱：：一種鈰摻雜納米鋇鐵氧體薄膜及其製備方法
技術領域：
：本發明涉及一種鈰摻雜納米鋇鐵氧體薄膜及其製備方法，是在石英基片上製備晶態納米鋇鐵氧體薄膜，通過製備工藝的優化，得到高純度的鈰摻雜鋇鐵氧體納米薄膜，薄膜可用於製備磁記錄材料、吸波材料。
背景技術：
：目前對納米鋇鐵氧體材料的研究表明，該材料存在吸波性能不理想、吸波頻段有待進一步拓寬的問題。稀土元素具有豐富的/層電子，其化合物本身就是具有優良磁性能的吸波材料，因而稀土元素的摻入，必然會對鋇鐵氧體的整個體系吸波性能的改善發揮較大的作用。目前，已有文獻報導利用稀土元素的摻入來製備納米鋇鐵氧體粉體，但對納米鋇鐵氧體吸波性能的改善作用並不理想。由於納米鋇鐵氧體薄膜在垂直磁記錄、微波器件以及磁光存儲方面誘人的應用前景，因而目前已有文獻報導利用濺射沉積、化學氣相沉積來製備納米鋇鐵氧體薄膜。納米薄膜有多種製備方法，主要可分為物理方法和化學方法兩大類。其中經常使用的物理方法包括粒子束濺射沉積、磁控濺射沉積，以及新近出現的低能團簇束沉積法；化學方法包括(有機金屬化合物)化學氣相沉積(MOCVD)法、電沉積法、熱解法和溶膠-凝膠法等。目前，國內外對稀土元素摻雜鋇鐵氧體的報導較少，且大部分報導集中在粉體材料及其製備上。有關鈰摻雜納米鋇鐵氧體薄膜及其利用溶膠一凝膠法來製備的研究尚未見報導。
發明內容要解決的技術問題為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種鈰摻雜納米鋇鐵氧體薄膜及其製備方法技術方案本發明的基本思想是一般當稀土元素加入時，由於稀土離子半徑比較大，取代部分鐵氧體中的離子半徑小的元素，使晶格常數變大，從而出現晶格畸變，提高物理活性，提高介電損耗和渦流損耗。因此，稀土元素——鈰的摻入，必然會給鋇鐵氧體的整個體系及吸波性能的改善起到較大的作用，是納米鐵氧體吸收劑改性的重要途徑之一。本發明所提出的鈰摻雜鋇鐵氧體納米薄膜及其製備方法，是在石英基片上製備晶態納米鋇鐵氧體薄膜，通過製備工藝的優化，得到高純度的鈰摻雜鋇鐵氧體納米薄膜，薄膜可用於製備磁記錄材料、吸波材料。一種鈰摻雜納米鋇鐵氧體薄膜，其特徵在於配方如下乙二醇1.481.60g/100ml、檸檬酸2.51~2.71g/100ml、硝酸鐵1.74g/100ml、硝酸鋇0.125g/100ml和硝酸鈰0.040.125g/100ml。一種製備所述鈰摻雜納米鋇鐵氧體薄膜的方法，其特徵在於步驟如下步驟1:將主鹽硝酸鋇和硝酸鈰放入A容器中，加入蒸餾水使溶液黏度為2~4mPa*s，攪拌至完全溶解；步驟2:將主鹽硝酸鐵放入B容器中，加入蒸餾水使溶液黏度為24mPa.s，攪拌至完全溶解；步驟3:將檸檬酸加入B燒杯中，攪拌至完全溶解；步驟4:將A容器中的物質加入B容器中，攪拌5min;緩慢加入乙二醇，繼續攪拌並使溫度控制在7080'C之間，緩慢蒸發以得到溶膠；步驟5、將二氧化矽基片放入溶膠中浸泡，採用浸漬-提拉法塗膜；以22.5mm/s4的速率垂直向上提拉出液面，形成溶膠膜，在乾燥空氣中放置後轉變成凝膠膜；步驟6、在40(TC將步驟5得到的薄膜進行預燒；步驟7、不斷重複10到15次步驟5和步驟6，直至達到所需的厚度；步驟8、將步驟7得到的薄膜在90(TC進行焙燒，即得到鈰摻雜鋇鐵氧體薄膜。有益效果本發明研製的鈰摻雜鋇鐵氧體薄膜的特點在於(1)鈰元素完全進入到鋇鐵氧體的晶格中，使半徑較大的稀土元素擴大了鋇鐵氧體的晶格尺寸，從而增加鐵氧體薄膜的吸波性能；(2)通過不同比例鈰的摻雜可以調整稀土摻雜鋇鐵氧體薄膜的磁性能，即調整其矯頑力和飽和磁化強度；(3)通過不同比例鈽的摻雜可以調整鈽摻雜鋇鐵氧體薄膜的吸波性能，即調整其損耗正切值的吸收峰的高度和寬度。本發明提出的鈰摻雜納米鋇鐵氧體薄膜的製備方法，該法主要有三點優點第一，工藝流程簡單、成本低，對生產設備要求不高。第二，便於在各種不同形狀的基底上製備薄膜，甚至可以在粉末材料的顆粒表面製備一層包覆膜，可在較大尺寸的基片上成膜；第三，易製得均勻的多組分氧化物膜，易於定量摻雜，可以有效地控制薄膜成分及微觀結構。圖1:BaCexFe^Ow薄膜的XRD圖譜圖2:鈰摻雜納米鋇鐵氧體薄膜的FESEM圖具體實施例方式現結合實施例、附圖對本發明作進一步描述實施例1:本實施例是製備比例為Ce/Ba=0.2的稀土鈰摻雜納米鋇鐵氧體薄膜，具體步驟如下1、將0.5g的硝酸鋇和0.1662g的硝酸鈰放入A燒杯中，加入200ml的蒸餾水使溶液黏度為24mPa"s，攪拌至完全溶解；2、將6.956g的主鹽硝酸鐵放入B燒杯中，加入200ml的蒸餾水使溶液黏度為2-4mPa，s，攪拌至完全溶解；3、將10.252§的檸檬酸加入8燒杯中，攪拌至完全溶解；4、將A燒杯中的物質加入B燒杯中，攪拌5min;緩慢加入5.44ml的乙二醇，繼續攪拌並使溫度控制在7(TC之間，緩慢蒸發以得到溶膠；5、將二氧化矽基片放入溶膠中浸泡，採用浸漬-提拉法進行制膜；以2mm/s的速率垂直向上提拉出液面，形成溶膠膜，在乾燥空氣中放置後轉變成凝膠膜；6、在400'C將步驟5得到的薄膜進行預燒；7、重複10次步驟5和步驟6，達到所需的厚度；8、將步驟7得到的薄膜在90(TC進行焙燒，即得到鈰摻雜鋇鐵氧體薄膜，即BaCeo.2Fen.sO,9薄膜。實施例2:本實施例是製備比例為Ce/Ba=0.4的稀土鈰摻雜納米鋇鐵氧體薄膜，具體步驟如下1、將0.5g的硝酸鋇和0.3324g的硝酸鈰放入A燒杯中，加入200ml的蒸餾水使溶液黏度為24mPa，s，攪拌至完全溶解；2、將6.956g得主鹽硝酸鐵放入B燒杯中，加入200ml的蒸餾水使溶液黏度為2-4mPa，s，攪拌至完全溶解；3、將10.453g檸檬酸加入B燒杯中，攪拌至完全溶解；4、將A燒杯中的物質加入B燒杯中，攪拌5min;緩慢加入5.55ml乙二醇，繼續攪拌並使溫度控制在80'C之間，緩慢蒸發以得到粘度適宜的溶膠；5、將二氧化矽基片放入溶膠中浸泡，採用浸漬-提拉法塗膜；以2.5mm/s的速率垂直向上提拉出液面，形成溶膠膜，在乾燥空氣中放置後轉變成凝膠膜；6、在400'C將5得到的薄膜進行預燒；7、不斷重複15次步驟5和步驟6，直至達到所需的厚度；8、將步驟7得到的薄膜在900'C進行焙燒，即得到鈰摻雜鋇鐵氧體薄膜，即BaCe。.4Feu.60!9薄膜。實施例3:本實施例是製備比例為Ce/Ba=0.6的稀土鈰摻雜納米鋇鐵氧體薄膜，具體步驟如下1、將0.5g硝酸鋇和0.4985g硝酸鈰放入A燒杯中，加入200ml的蒸餾水使溶液黏度為24mPa，s，攪拌至完全溶解；2、將6.956g主鹽硝酸鐵放入B燒杯中，加入200ml的蒸餾水使溶液黏度為2-4mPa，s，攪拌至完全溶解；3、將10.654g檸檬酸加入B燒杯中，攪拌至完全溶解；4、將A燒杯中的物質加入B燒杯中，攪拌5min;緩慢加入5.65ml乙二醇，繼續攪拌並使溫度控制在75。C之間，緩慢蒸發以得到粘度適宜的溶膠；5、將二氧化矽基片放入溶膠中浸泡，採用浸漬-提拉法塗膜；以2.3mm/s的速率垂直向上提拉出液面，形成溶膠膜，在乾燥空氣中放置後轉變成凝膠膜；6、在400'C將步驟5得到的薄膜進行預燒；7、不斷重複13次步驟5和步驟6，直至達到所需的厚度；8、將步驟7得到的薄膜在90(TC進行焙燒，即得到鈰摻雜鋇鐵氧體薄膜，即BaCe。.6Feu.40w薄膜。根據以下檢測結果可以看出本發明研製的鈰摻雜鋇鐵氧體薄膜的特點-圖1為不同比例的鈰摻雜鋇鐵氧體薄膜的X-射線衍射圖譜，其中各譜線的位置、強度都較相似，為BaFe12019型的晶體。由XRD數據，通過謝樂公式計算可知BaCexFe^O^薄膜的顆粒大小為Wnm左右。對所得樣品採用X-射線能譜儀(EDS)進行了X射線能譜分析。結果如表1所示。表1不同比例Ce摻雜鋇鐵氧體薄膜的X射線能譜分析數據tableseeoriginaldocumentpage8X射線能譜(EDS)分析數據中有鈰，說明鈰已經摻雜進入鋇鐵氧體薄膜內。通過摻雜不同比例鈰的鋇鐵氧體薄膜的EDS測試得出，隨著摻雜Ce比例的增加，鈽的量也在增加。圖2為鈰摻雜鋇鐵氧體薄膜的場發射掃描電鏡圖。由圖2可見，Ce摻雜鋇鐵氧體薄膜較緻密，由呈不規則的棒狀晶體顆粒堆垛而成，且顆粒稜角分明。晶體顆粒其徑向尺寸為60nm100nm，長度為130~150nm，與用謝樂公式計算的結果相符，且分布比較均勻。在保持鈰摻雜鋇鐵氧體薄膜中其它組分不變的條件下，改變Ce離子的濃度，對所製得的薄膜的磁性能進行研究，結果如表2所示。樣品化學式矯頑力Z/c(kA/m)飽和磁化強度Ms(Am2/kg)剩餘磁化強度Mr(Am2/kg)矩形比MsBaFei20！9231.3225.0015.390.62BaCeo.2Fe11.sO19313.2620.1414.400.71BaCe。.4Feii.60i9315.3926.7018.070.67B3C60.6Fcu.4Oi9326.9318.1012,000.66由表2可見，納米Ce摻雜鋇鐵氧體薄膜具有較高的剩餘磁感應強度Mr，適當高的矯頑力He，近似矩形的磁滯回線，是比較理想的磁記錄材料。在鈰摻雜鋇鐵氧體薄膜中保持其它組分不變的條件下，改變Ce離子的濃度，對所製得吸波性能進行了研究，結果如表3所示。表3鈰摻雜鋇鐵氧體薄膜的電磁性能樣品化學式s's"(i'p/'tan5stan3Mtan5BaCeo.2Feu.8Oi99.63.670.1371.1380.2440扁0.2140.252BaCeo.4Feu.6O199.63.630.1091.1350.1270.0300.1120.142BaCeo.6Feu.4O199.63.640.1141.1330.1290.0310.1130.144由表3中可知，Ce摻雜鋇鐵氧體薄膜有較好的吸波性能，可作為吸波材料使用。9權利要求1.一種鈰摻雜納米鋇鐵氧體薄膜，其特徵在於配方如下乙二醇1.48～1.60g/100ml、檸檬酸2.51～2.71g/100ml、硝酸鐵1.74g/100ml、硝酸鋇0.125g/100ml和硝酸鈰0.04～0.125g/100ml。2.—種製備權利要求1所述的鈰摻雜納米鋇鐵氧體薄膜的方法，其特徵在於步驟如下步驟1:將主鹽硝酸鋇和硝酸鈰放入A容器中，加入蒸餾水使溶液黏度為24mPa，s,攪拌至完全溶解；步驟2:將主鹽硝酸鐵放入B容器中，加入蒸餾水使溶液黏度為24mPa"s，攪拌至完全溶解；步驟3:將檸檬酸加入B燒杯中，攪拌至完全溶解；步驟4:將A容器中的物質加入B容器中，攪拌5min;緩慢加入乙二醇，繼續攪拌並使溫度控制在7080'C之間，緩慢蒸發以得到溶膠；步驟5、將二氧化矽基片放入溶膠中浸泡，採用浸漬-提拉法塗膜；以22.5mm/s的速率垂直向上提拉出液面，形成溶膠膜，在乾燥空氣中放置後轉變成凝膠膜；步驟6、在400'C將步驟5得到的薄膜進行預燒；步驟7、不斷重複10到15次步驟5和步驟6，直至達到所需的厚度；步驟8、將步驟7得到的薄膜在900'C進行焙燒，即得到鈰摻雜鋇鐵氧體薄膜。全文摘要本發明涉及一種鈰摻雜納米鋇鐵氧體薄膜及其製備方法，其特徵在於配方如下乙二醇1.48～1.60g/100ml、檸檬酸2.51～2.71g/100ml、硝酸鐵1.74g/100ml、硝酸鋇0.125g/100ml和硝酸鈰0.04～0.125g/100ml。製備方法在石英基片上製備晶態納米鋇鐵氧體薄膜，通過製備工藝的優化，得到高純度的鈰摻雜鋇鐵氧體納米薄膜，薄膜可用於製備磁記錄材料、吸波材料。該法優點工藝流程簡單、成本低；便於在各種不同形狀的基底上製備薄膜；易製得均勻的多組分氧化物膜，易於定量摻雜，可以有效地控制薄膜成分及微觀結構。文檔編號H01F10/10GK101452756SQ200810151029公開日2009年6月10日申請日期2008年9月19日優先權日2008年9月19日發明者李玉青,楊永峰,英黃,飛黃,齊暑華申請人:西北工業大學