納米磁性網絡結構薄膜的製作方法
2023-10-22 19:10:32
專利名稱：納米磁性網絡結構薄膜的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種納米磁性網絡結構薄膜的製作方法，這類薄膜在高密度光和磁信息貯存方面具有廣泛的應用前景。
背景技術：
納米磁性網絡結構薄膜指的是網孔和網格尺寸在1-1000納米範圍的網絡結構磁性薄膜，目前，由於現代影印石版(photolithography)技術的進步，人們可以在磁性薄膜或者超導薄膜上面製備出周期性排列的亞微米或納米結構，這種結構相比平面磁性膜在高密度光和磁信息貯存方面具有更好的穩定性，具有廣泛的應用前景，但是這種製備技術費用昂貴，而且很難得到比較大面積的有序孔排列的磁性薄膜，且孔徑尺寸和孔間距相對比較大，在幾百納米到幾個微米。
發明內容
本發明的目的是提供一種納米磁性網絡結構薄膜的製作方法。
其方法步驟如下1)把99.99％的鋁箔退火把鋁箔剪成直徑1-2cm的圓片，然後在400--600℃下退火3--5小時；2)退過火的鋁箔在草酸中一次氧化草酸濃度為0.3ml，氧化時間為3--4小時；3)清洗放到6wt％H3PO4+1.8wt％H2CrO4中浸泡5--7小時，去掉一次氧化殘留物；4)二次氧化草酸濃度為0.3ml，氧化時間為9--11小時；5)除去未被氧化的鋁用CuCl2溶液除去背面未被氧化的鋁；6)清洗放到磷酸中浸泡80--100min，取出後用去離子水衝洗乾淨就得到了氧化鋁模板；7)沉積鐵、鎳用磁控濺射法把鐵、鎳沉積到氧化鋁多孔模板表面，功率在30W-100w之間沉積時間1-20分鐘；
8退火對沉積有鐵、鎳的氧化鋁多孔模板在300-600℃作2-5小時真空退火處理，就得到納米磁性網絡結構薄膜。
本發明的優點是1)製備簡單，費用低廉。以往人們獲得的類似的薄膜基本上是用影印石版法(photolithography)得到的，費用昂貴，而且很難得到比較大面積(通常得到的薄膜面積是幾個平方毫米)的有序孔排列的磁性薄膜，且孔徑尺寸和孔間距在幾百納米到幾個微米，本發明所得到的納米磁性網絡機構薄膜面積可以達到幾個到幾十個平方釐米，孔道尺寸在50nm左右，孔道間距在100nm左右，而且製備起來相對簡單了很多。
2)納米孔道氧化鋁模板的製備技術成熟。早在上個世紀60年代末，70年代初的時候氧化鋁模板的製備研究已經開始，到現在，人們已經可以製備出孔道排列的更加有序的模板。
3)沉積鐵、鎳容易。使用磁控濺射法很容易把鐵或鎳以原子、分子狀態濺射下來，均勻沉積到氧化鋁模板上。
4)應用前景廣泛。納米磁性網絡結構薄膜比平面磁性薄膜在高密度光和磁信息貯存方面具有更加廣泛的應用前景。
圖1是磁性材料沉積在納米孔道氧化鋁模板上的示意圖和納米孔道氧化鋁模板的剖面、平面示意圖。
圖2是納米孔道氧化鋁模板的原子力顯微鏡照片。
圖3是納米孔道氧化鋁模板沉積鐵後的原子力顯微鏡照片。
圖4是納米磁性網絡結構薄膜和平面磁性膜的磁滯回線對比。
具體實施例方式
本發明的原理1納米孔道氧化鋁模板的形成(1)鋁表面Al(OH)3膠體層的形成在鋁陽極氧化的初期，鋁放電所產生的Al3+與溶液反應生成的Al(OH)3聚集在鋁表面，形成一層質地比較疏鬆的膠體層，也就是以後孔穴形成和發展的載體層。
(2)膠體體層中孔穴的形成根據電流體力學學說(elctrohydromic studies-EID)，在電場作用下，荷電粒子在溶液中會產生相對運動，而這一運動的結果便是在膠體層和溶液的幾面產生渦流，這種渦流是環行的，引起渦流的荷電粒子主要是OH-。環行渦流的流動產生孔穴，這些孔穴使鋁陽極氧化膜中的孔的形成核體，孔會在孔穴的基礎上逐漸生長。
(3)孔穴的生長和生長停止隨著陽極氧化的不斷進行，孔穴首先會不斷生長。但溶液中的離子會使膠體產生凝固作用，這個過程便是孔穴停止生長的過程。對Al(OH)3膠體凝固有效的負離子，在膠體化學中有SO42-、C2O42-、PO43-、CrO4-等。
(4)多孔層的生長Al(OH)3膠體凝固後，孔穴停止生長，在孔穴的基礎上，孔便開始形成和生長，而且此時膜厚或者說孔的深度應符合法拉第定律，這時，納米孔道氧化鋁模板形成。
2納米磁性網絡結構薄膜的形成為了得到所需要的納米磁性網絡結構薄膜，我們是在氧化鋁模板上沉積鐵或其它磁性材料來實現，我們真正研究的正是這個具有納米尺寸網絡孔道的磁性網絡結構薄膜，模板只是為了使它形成一個網絡的形貌，我們用磁控濺射法在氧化鋁模板上沉積鐵或其它磁性材料形成納米磁性網絡結構薄膜。
採用FJL-450型磁控濺射儀，用射頻濺射方式在納米孔道氧化鋁板表面沉積鐵或其他磁性材料，讓表面形成一個納米磁性網絡結構薄膜，即讓鐵或其他磁性材料沉積在納米孔道之間的表面區域(網格)並彼此連接，而讓到達納米孔道上的鐵或其他磁性材料粒子掉入孔道內使孔道保持原狀，圖1是示意圖。濺射時，濺射功率在30W-100w之間，濺射時間在1-20分鐘之間，通過控制濺射時的功率和時間來控制沉積鐵或其他磁性材料的厚度。沉積鐵或其他磁性材料前的納米孔道氧化鋁模板表面原子力顯微鏡照片如圖2所示，沉積鐵或其他磁性材料後的納米孔道氧化鋁模板表面原子力顯微鏡照片如圖3所示，可以看出沉積鐵或其他磁性材料後的模板保留了幾乎所有的納米孔道，一個具有納米尺寸孔道的納米磁性網絡結構薄膜形成。
本發明的結構及性質特點1、該納米磁性網絡結構薄膜的結構特點是孔道為六角柱形垂直膜面呈有序排列，在原子力顯微鏡下的圖像如圖3。孔道直徑可以通過改變電解液的種類、濃度及氧化時的電壓、時間等在5至200nm範圍內調節，孔道密度為104-107個/mm2，孔道的深度約為5μm，圖3所示納米磁性網絡結構薄膜的孔道直徑約為50nm。
2、在液氦至室溫範圍內對納米磁性網絡結構薄膜進行磁化率測量，發現矯頑力Hc變大，剩餘磁化強度MR變大，整個磁滯回線面積比同樣條件下沉積在玻璃上面的平面磁性膜的磁滯回線面積增大一倍以上，如圖4所示。
實施例11)把99.99％的鋁箔退火把鋁箔剪成直徑1cm的圓片，然後在500℃下退火3小時；2)退過火的鋁箔在草酸中一次氧化草酸濃度為0.3ml，氧化時間為3小時；3)清洗放到6wt％H3PO4+1.8wt％H2CrO4中浸泡6小時，去掉一次氧化殘留物；4)二次氧化草酸濃度為0.3ml，氧化時間為10小時；5)除去未被氧化的鋁用CuCl2溶液除去背面未被氧化的鋁；6)清洗放到磷酸中浸泡90min，取出後用去離子水衝洗乾淨就得到了氧化鋁模板；7)沉積鐵用磁控濺射法在得到的氧化鋁模板上沉積鐵，功率60w，時間10分鐘。
8)退火把第7步得到的樣品在500℃退火3小時就得到納米磁性網絡結構薄膜。
實施例21)把99.99％的鋁箔退火把鋁箔剪成直徑1cm的圓片，然後在500℃下退火3小時；2)退過火的鋁箔在草酸中一次氧化草酸濃度為0.3ml，氧化時間為3小時；3)清洗放到6wt％H3PO4+1.8wt％H2CrO4中浸泡6小時，去掉一次氧化殘留物；4)二次氧化草酸濃度為0.3ml，氧化時間為10小時；5)除去未被氧化的鋁用CuCl2溶液除去背面未被氧化的鋁；
6)清洗放到磷酸中浸泡90min，取出後用去離子水衝洗乾淨就得到了氧化鋁模板；7)沉積鎳用磁控濺射法在得到的氧化鋁模板上沉積鎳，功率60w，時間10分鐘。
8)退火把第7步得到的樣品在500℃退火3小時就得到納米磁性網絡結構薄膜。
實施例31)把99.99％的鋁箔退火把鋁箔剪成直徑2cm的圓片，然後在500℃下退火4小時；2)退過火的鋁箔在草酸中一次氧化草酸濃度為0.3ml，氧化時間為3小時；3)清洗放到6wt％H3PO4+1.8wt％H2CrO4中浸泡6小時，去掉一次氧化殘留物；4)二次氧化草酸濃度為0.3ml，氧化時間為10小時；5)除去未被氧化的鋁用CuCl2溶液除去背面未被氧化的鋁；6)清洗放到磷酸中浸泡90min，取出後用去離子水衝洗乾淨就得到了氧化鋁模板；7)沉積鐵用磁控濺射法在得到的氧化鋁模板上沉積鐵，功率60w，時間5分鐘。
8)退火把第7步得到的樣品在500℃退火4小時就得到納米磁性網絡結構薄膜。
實施例41)把99.99％的鋁箔退火把鋁箔剪成直徑2cm的圓片，然後在500℃下退火4小時；2)退過火的鋁箔在草酸中一次氧化草酸濃度為0.3ml，氧化時間為3小時；3)清洗放到6wt％H3PO4+1.8wt％H2CrO4中浸泡6小時，去掉一次氧化殘留物；4)二次氧化草酸濃度為0.3ml，氧化時間為10小時；
5)除去未被氧化的鋁用CuCl2溶液除去背面未被氧化的鋁；6)清洗放到磷酸中浸泡90min，取出後用去離子水衝洗乾淨就得到了氧化鋁模板；7)沉積鎳用磁控濺射法在得到的氧化鋁模板上沉積鎳，功率60w，時間20分鐘。
8)退火把第7步得到的樣品在500℃退火4小時就得到納米磁性網絡結構薄膜。
權利要求
1.一種納米磁性網絡結構薄膜的製作方法，其方法步驟如下1)把99.99％的鋁箔退火把鋁箔剪成直徑1-2cm的圓片，然後在400-600℃下退火3-5小時；2)退過火的鋁箔在草酸中一次氧化草酸濃度為0.3ml，氧化時間為3-4小時；3)清洗放到6wt％H3PO4+1.8wt％H2CrO4中浸泡5--7小時，去掉一次氧化殘留物；4)二次氧化草酸濃度為0.3ml，氧化時間為9-11小時；5)除去未被氧化的鋁用CuCl2溶液除去背面未被氧化的鋁；6)清洗放到磷酸中浸泡80-100min，取出後用去離子水衝洗乾淨就得到了氧化鋁模板；7)沉積鐵、鎳用磁控濺射法把鐵、鎳沉積到氧化鋁多孔模板表面，功率在30W-100w之間沉積時間1-20分鐘；8)退火對沉積有鐵、鎳的氧化鋁多孔模板在300-600℃作2-5小時真空退火處理，就得到納米磁性網絡結構薄膜。
全文摘要
本發明公開了一種納米磁性網絡結構薄膜的製作方法。1)把99.99％的鋁箔退火；2)退過火的鋁箔在草酸中一次氧化；3)清洗；4)二次氧化；5)除去未被氧化的鋁；6)清洗；7)沉積鐵、鎳；8退火。本發明的優點是1)製備簡單，費用低廉；2)納米孔道氧化鋁模板的製備技術成熟。早在上個世紀60年代末，70年代初的時候氧化鋁模板的製備研究已經開始，到現在，人們已經可以製備出孔道排列的更加有序的模板；3)沉積鐵、鎳容易。使用磁控濺射法很容易把鐵或鎳以原子、分子狀態濺射下來，均勻沉積到氧化鋁模板上；4)應用前景廣泛。納米磁性網絡結構薄膜比平面磁性薄膜在高密度光和磁信息貯存方面具有更加廣泛的應用前景。
文檔編號H01F41/22GK1555072SQ20031012281
公開日2004年12月15日 申請日期2003年12月21日 優先權日2003年12月21日
發明者沙健, 勇本收, 楊德仁, 張年生, 牛俊傑, 沙 健 申請人:浙江大學