模板法制备纳米线阵列及性能研究

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本论文主要以Pb基铁磁性—非铁磁性核壳链状异质结构纳米线阵列作为研究对象,着重研究了Fe—Pb、FeCo—Pb、Ni—Pb纳米线阵列的制备及其形貌、结构以及磁性能随退火温度变化的关系等;初步研究了Ag—Pb、Co—Zn纳米线阵列的结构。实验中,我们用电感耦合等离子直读光谱仪(ICP)测量材料的成分,用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)以及原子力显微镜(AFM)表征材料的形貌,用X射线衍射(XRD)和选区电子衍射(SAED)分析材料的结构,用振动样品磁强计(VSM)测试材料的磁性能。论文主要工作简述如下: 1.在AAO孔洞内交流电沉积了Fe—Pb纳米线阵列。XRD分析显示,在Fe60Pb40退火前后,Fe、Pb互不相溶。随着温度的升高,Fe的衍射峰逐渐升高,Fe的晶粒长大。部分溶解AAO,得到了原始形貌的Fe—Pb纳米线,照片显示纳米线均匀性好。400℃退火后,纳米线为核壳链状结构,即纳米线内部的颗粒沿着纳米线轴线为链状结构,被另一种物质分割包裹。我们推断为Pb包裹Fe的链状结构。并对其形成机理进行了推测。磁性测量显示,沉积念纳米线阵列具有磁各向异性,易磁化轴沿着纳米线方向,退火后,平行纳米线轴向的矫顽力和剩磁比在随温度升高,在400℃达到最大。 2.在AAO孔洞内交流电沉积了Fe27Co23Pb50三元金属磁性纳米线阵列。XRD分析显示Fe、Co形成合金相,具有体心立方(BCC)结构,并且在沿着纳米线方向具有(110)织构。随着温度的升高,FeCo的衍射峰逐渐升高,在400℃达到最大,600℃退火后FeCo衍射峰几乎消失。磁性测量显示,Fe27Co23Pb50纳米线具有磁各项异性,易磁化轴沿着纳米线方向,退火后,矫顽力和剩磁比在随温度升高,在400℃达到最大。其中矫顽力为3154Oe,高于Fe60Pb40纳米线阵列的值。 3.制备了Nis4Pb16纳米线阵列。XRD分析显示400℃退火前Pb进入Ni的品格,退火后析出。TEM形貌显示:完全溶解AAO后,仅能观察到由Ni的纳米颗粒组成链状小直径的纳米线。说明形成了Pb包裹Ni的异质结构,而Pb在溶解AAO的同时被碱腐蚀。 4.研究了Pb基磁性纳米线阵列的磁化反转机理。我们所制备的异质结构纳米线中,磁性椭球颗粒被非磁性金属分开,因此磁性颗粒间只存在静磁耦合相互作用,与纯磁性金属及其合金纳米线阵列相比较,这种异质结构纳米线的磁化过程更适合用对称扇形椭球链模型来解释。我们的试验数据也证明了这点。这种磁性链状结构类似于球链模型(椭球链模型),对研究纳米线阵列磁化反转机制具有重要意义。 5.研究了不同交流电沉积的频率对Ag纳米线阵列结构的影响。XRD显示,Ag纳米线阵列中在频率为5Hz时,为纯FCC相。随着频率升高到50Hz,4-H相出现,500Hz时4-H相的Ag含量增加。 6.用交流电沉积制备了Zn纳米线阵列和CoxZn1-x(0<x<1)纳米线阵列。XRD分析表明CoxZn1-x(0<x<1)纳米线阵列结构随成分变化较大:一部分Co和Zn形成CoZn13的合金相,另外部分以单质存在的Co具有取向性,随着Co比例的升高,取向从(100)逐渐转移到(002)。
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