FePt磁性薄膜及纳米线的可控离子液体电沉积

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L10相的FePt薄膜具有高磁晶各向异性,主要应用于高密度磁记录和磁存储器件,引起了众多学者和工业界的关注。本论文主要利用电化学循环伏安和脉冲电沉积等方法,通过优化镀液组分与工艺条件,获得了FePt磁性单层薄膜、多层薄膜及纳米线。探索了离子液体电沉积体系中镀液组成如金属离子盐、溶剂种类、螯合剂等和电沉积条件如温度、电位、电流、基底材料等对FePt磁性材料的影响机制。本论文研究的主要内容分以下三个部分:(1)FePt磁性单层膜的制备及性能分析通过改变镀液成分和沉积电位,采用正交试验来优化FePt磁性单层膜的制备条件。研究表明,非水离子液体中可电沉积得到FePt薄膜,随沉积电位增加,Fe原子含量增加,膜层结合力差,薄膜表面出现裂纹。当薄膜中Fe、Pt原子比接近1:1时,薄膜具有铁磁性。通过分析循环伏安曲线,FeCl2在镀液中的还原是不可逆扩散控制的。当固定沉积电位不变,随Fe(II)浓度的增加,FePt薄膜中Fe含量增加,厚度从10nm增加到47nm,矫顽力为350Oe~546Oe。当薄膜Fe、Pt原子比接近1:1时,FePt薄膜表面较平整,晶粒致密,没有气孔。(2)FePt磁性多层薄膜的制备及性能分析通过离子液体电沉积方法制备了FePt四层薄膜和十层薄膜。采用紫外可见分光光度计分析了离子液体EMIC和FeCl2、(NH4)2PtCl6之间的络合作用机理;通过控制沉积电位和脉冲周期,制备了(Fe80Pt20/Fe50Pt50)2四层薄膜和(Fe50Pt50/Fe2Pt98)5十层薄膜。SEM图像显示,Fe80Pt20层厚度为5μm(400s),Fe50Pt50层厚度为7~35μm(400s~2000s)。暂态分析(电流-时间曲线)结果表明,Cu电极上Fe50Pt50的沉积是受扩散控制的三维瞬时成核。随着沉积时间的增加(15s~30s)Fe50Pt50层的厚度由118nm增加到300nm,随Fe2Pt98层沉积时间增加(10s~30s)厚度由75nm增加到294nm。(Fe50Pt50/Fe2Pt98)5十层薄膜具有磁各向异性,当Fe50Pt50层厚度从118nm增加到300nm时,垂直膜面的矫顽力从153Oe增加到800Oe。水平矫顽力随厚度变化不大。(3)FePt磁性纳米线的制备及性能分析通过电沉积制备了磁性FePt纳米线。在Si(111)基底上,控制沉积时间得到铁原子含量接近50at%的FePt纳米线。随沉积时间从600s增加到1000s,纳米线直径从95nm增加到155nm,矫顽力从234Oe增加到486Oe。通过XRD可检测到薄膜具有fct FePt的(111)峰。
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