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利用电化学模板法制备的准一维阵列式纳米材料并研究其磁各向异性以及磁相互作用对于发展高密度图形化磁记录介质以及磁性纳米传感器具有重要的意义。本论文的工作主要围绕电化学模板法制备了若干准一维磁性纳米材料,包括磁性纳米线、磁性纳米管等,并研究了这些体系的磁各向异性与磁相互作用,获得如下实验进展和结果:
1.利用自行设计加工的电化学实验装置,成功制备了多孔型氧化铝模板,并利用交流电化学沉积制备了钴纳米线阵列体系,首次利用转角磁滞回线研究了其磁化与反磁化机制,结果证实当纳米线直径为40nm时,纳米线长径比很大,体系的反磁化行为主要以一致转动为主,易磁化轴平行于纳米线轴向;而直径为250nm的纳米线长径比相对较小,体系的反磁化行为主要决定于螺旋卷曲翻转,且易磁化轴明显转向垂直纳米线的方向。电化学沉积法制备的这种磁性纳米线体系表现出很强的形状各向异性。
2.为了研究纳米线阵列的形状各向异性与线间静磁相互作用,利用电化学模板法和直流脉冲沉积,首次制备了磁晶各向异性为零的C045Fe55纳米线阵列体系。通过直流脉冲电化学沉积制备的C045Fe55纳米线长度小于100nm时,体系在垂直和平行于纳米线方向上均难以磁化,表明此时体系的退磁场与静磁相互作用很强;当纳米线长度大于400nm时,体系在两个方向上都比较容易磁化,且易磁化轴偏向于垂直纳米线轴向的方向,这与理论研究的结果相吻合,同时说明该体系具有很强的线间静磁相互作用。
3.为了开发具有线性输出特性的可用于磁性传感器的磁性纳米线阵列,需要降低纳米线阵列的各向异性,改变其反磁化行为。尝试通过在Co中掺入一定的顺磁性重金属元素Ir,首次合成了Co1-xIrx(0.005≤x≤0.02)合金纳米线阵列体系,样品的磁学性质测量表明很少量Ir的掺入即可在一定程度上抑制磁性纳米线体系的各向异性。当x≥0.01时,CoIr合金纳米线在平行和垂直于纳米线方向上的磁化于反磁化行为几乎没有差别。这表明Ir的掺杂在一定程度上抑制了纳米线阵列体系的磁性。
4.利用直流电化学沉积首次直接制备Fe,Co,Ni等磁性金属纳米管。由于管壁很薄,进一步加大了体系形状各向异性,三种材料的纳米管表现出很强的磁各向异性。Co纳米管在长度小于100nm时易轴垂直于纳米管,大于100nm时易轴平行于纳米管;Fe纳米管的磁化行为与此相似,但静磁相互作用更强;Ni纳米管则与此不同,在长度为80nm时易轴平行于管,而长度为2μm时易轴垂直于纳米管。这种纳米管材料有可能用于图形化磁记录介质与生物磁性等领域。