鐵磁性薄膜及其制備方法
【技術領域】
[000? ]本發明屬于功能材料領域，具體涉及一種尖晶石型四方相CuFe204鐵磁性薄膜及其制備方法。
【背景技術】
[0002]尖晶石型鐵氧體屬于一種多功能半導體材料，尤其是一種重要的磁性材料。尖晶石型鐵氧體的薄膜在光學性質、電學性質、磁學性質等眾多方面展現出許多新型的特性。所以對尖晶石型鐵磁性薄膜的深入研究和對其開發利用具有相當重要的意義。
[0003]具有這種結構的尖晶石型鐵氧體是從自然界的一種礦物MgAl2O4之中得來，這是一種按立方晶系結晶的礦物。這種尖晶石晶體的結構最開始是由Bragg(布喇格)和Nishikawa所確定的。這一類型尖晶石型鐵氧體是以立方晶系結構構成的一種晶體，它的化學分子通式是MeFe2O4,其中Me代表二價金屬離子，Me可以是Co2+、Ni2+、Zn2+等離子。這其中鐵是三價離子，同樣鐵離子也可以被其它如Cr3+、A13+等三價金屬離子所取代。按照晶體結構化學理論，在鐵酸銅晶體結構中Cu2+主要占據八面體位置，可以用Fe [ CuFe ] O4來表達。
[0004]目前，并沒有采用溶膠-凝膠法制備尖晶石型四方相CuFe2O4鐵磁性薄膜的相關報道。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種尖晶石型四方相CuFe2O4鐵磁性薄膜及其制備方法，該方法能夠制備出具有優異強鐵磁性能的CuFe2O4晶態薄膜。
[0006]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0007]—種尖晶石型四方相CuFe2O4鐵磁性薄膜的制備方法，包括以下步驟:
[0008]步驟1:將硝酸銅和硝酸鐵按摩爾比為1: 2溶于乙二醇甲醚中，攪拌均勻后再加入醋酸酐，得到CuFe2O4前驅液；
[0009]步驟2:采用旋涂法在基片上旋涂CuFe2O4前驅液，得CuFe2O4濕膜，CuFe2O4濕膜經勻膠后在250?300 °C下烘烤得干膜，再于600?750 °C下在空氣中退火，得到晶態CuFe2O4薄膜；
[0010]步驟3:待晶態CuFe2O4薄膜冷卻后，在晶態CuFe2O4薄膜上重復步驟2，直至達到所需厚度，得到尖晶石型四方相CuFe2O4鐵磁性薄膜。
[0011 ] 所述的CuFe2O4前驅液中乙二醇甲醚和醋酸酐的體積比為(3.5?4.5):1, CuFe2O4前驅液中Fe離子的濃度為0.3?0.5mol/L。
[0012]所述步驟2在進行前，先將基片表面清洗干凈，然后在紫外光下照射處理，使基片表面達到原子清潔度。
[0013]所述的基片為FTO/玻璃基片、Si基片、SrT13單晶基片或LaN13單晶基片。
[0014]所述步驟2中勻膠時的勻膠轉速為4200?4500r/min，勻膠時間為7?10s。
[0015]所述步驟2中勻膠后的烘烤時間為1?15min。
[0016]所述步驟2中的退火時間為25?30min。
[0017]所述的尖晶石型四方相CuFe2O4鐵磁性薄膜由10?15層晶態CuFe2O4薄膜構成。
[0018]所述的尖晶石型四方相CuFe2O4鐵磁性薄膜的制備方法制得的尖晶石型四方相CuFe2O4鐵磁性薄膜，該薄膜的結構式為CuFe2O4,其結構為四方相的尖晶石結構，空間點群為I4i/amd(141)。
[00?9] 該薄膜的飽和磁化強度Ms = I 1emu/cm3，剩余磁化強度Mr = 71emu/cm3，矯頑力Hc =8100eo
[0020]相對于現有技術，本發明具有以下優點:
[0021]1.目前用于制備CuFe2O4薄膜的方法很多，如機械化學合成法、化學共沉淀法、溶膠-凝膠法(Sol-Gel)、水熱法、前驅物固相反應法等。相比其他方法，Sol-Gel方法由于設備簡單，反應容易進行，反應溫度較低，易操作，適宜在大的表面和形狀不規則的表面上制備薄膜，易實現分子水平上的均勻摻雜，以及化學組分精確可控等優點而被廣泛用來制備鐵電材料。本發明采用溶膠-凝膠法，因為溶膠-凝膠法制備過程中沒有機械混合，不易引入雜質，產物純度高，而且利用此方法可以實現分子水平的混合，因此體系均勻性好，更加容易制備出性能優異的CuFe2O4強磁性薄膜。本發明中采用溶膠凝膠法，先按比例混合硝酸銅和硝酸鐵，配制成CuFe2O4前驅液，再用旋涂法和逐層退火的工藝在基片上制備出致密度高，晶粒尺寸均勻的尖晶石型四方相CuFe2O4鐵磁性薄膜，且制得的尖晶石型四方相CuFe2O4鐵磁性薄膜具有優異的強鐵磁性能。
[0022]2.本發明提供的尖晶石型四方相CuFe2O4鐵磁性薄膜表面平整，晶粒尺寸較小，該薄膜為尖晶石結構，四方相，空間點群為Mi/amcKHl)，其特點是飽和磁化強度、剩余磁化強度和矯頑力較大。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明實施例2制備的CuFe2O4薄膜的XRD圖；
[0024]圖2是本發明實施例2制備的CuFe2O4薄膜的拉曼圖譜；
[0025]圖3是本發明實施例2制備的CuFe2O4薄膜的SEM圖；
[0026]圖4是本發明實施例2制備的CuFe2O4薄膜的磁滯回線圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合本發明較優的實施例和附圖對本發明做進一步詳細說明。
[0028]實施例1
[0029]步驟I，將硝酸銅和硝酸鐵按摩爾比為1: 2溶于乙二醇甲醚中，攪拌30min后，再加入醋酸酐，得到Fe離子濃度為0.3mol/L的穩定的CuFe2O4前驅液，CuFe2O4前驅液中乙二醇甲醚和醋酸酐的體積比為4:1;
[0030]步驟2，將FTO/玻璃基片依次置于洗滌劑、丙酮、乙醇中超聲波清洗，每次超聲波清洗1min后用大量蒸餾水沖洗FTO/玻璃基片，最后用氮氣吹干。然后將FTO/玻璃基片放入烘箱烘烤至干燥，取出靜置至室溫。再將潔凈的FTO/玻璃基片置于紫外光照射儀中照射40min，使FTO/玻璃基片表面達到“原子清潔度”。采用旋涂法在FTO/玻璃基片上旋涂CuFe2O4前驅液，制備CuFe2O4濕膜，對CuFe2O4濕膜勻膠，勻膠轉速為4200r/min，勻膠時間為1s，勻膠結束后，在290°C溫度下烘烤Ilmin得干膜，再在600°C溫度下空氣中層層退火30min，得到晶態CuFe204薄膜；
[0031]步驟3，待晶態CuFe2O4薄膜冷卻后，在晶態CuFe2O4薄膜上重復步驟2，重復9次，得到尖晶石型四方相CuFe2O4鐵磁性薄膜。
[0032]采用X-射線衍射儀及拉曼光譜儀測定CuFe2O4鐵磁性薄膜的物相組成和結構；用FE-SEM測定CuFe2O4鐵磁性薄膜的微觀形貌；用SQUID MPMS-XL-7測試CuFe2O4薄膜室溫下的鐵磁性能。
[0033]實施例2
[0034]步驟I，將硝酸銅和硝酸鐵按摩爾比為1: 2溶于乙二醇甲醚中，攪拌30min后，再加入醋酸酐，得到Fe離子濃度為0.3mol/L的穩定的CuFe2O4前驅液，CuFe2O4前驅液中乙二醇甲醚和醋酸酐的體積比為4:1;
[0035]步驟2，將FTO/玻璃基片依次置于洗滌劑、丙酮、乙醇中超聲波清洗，每次超聲波清洗1min后用大量蒸餾水沖洗FTO/玻璃基片，最后用氮氣吹干。然后將FTO/玻璃基片放入烘箱烘烤至干燥，取出靜置至室溫。再將潔凈的FTO/玻璃基片置于紫外光照射儀中照射40min，使FTO/玻璃基片表面達到“原子清潔度”。采用旋涂法在FTO/玻璃基片上旋涂CuFe2O4前驅液，制備CuFe2O4濕膜，對CuFe2O4濕膜勻膠，勻膠轉速為4200r/min，勻膠時間為1s，勻膠結束后，在250°C溫度下烘烤12min得干膜，再在620°C溫度下空氣中層層退火29min，得到晶態CuFe204薄膜；
[0036]步驟3，待晶態CuFe2O4薄膜冷卻后，在晶態CuFe2O4薄膜上重復步驟2，重復12次，得到尖晶石型四方相CuFe2O4鐵磁性薄膜。
[0037]采用X-射線衍射儀及拉曼光譜儀測定CuFe2O4鐵磁性薄膜的物相組成和結構；用FE-SEM測定CuFe2O4鐵磁性薄膜的微觀形貌；用SQUID MPMS-XL-7測試CuFe2O4鐵磁性薄膜室溫下的鐵磁性能，測得其飽和磁化強度Ms = IlOemu/cm3，剩余磁化強度Mr = 71 emu/cm3，矯頑力 Hc = 8100e。
[0038]實施例3
[0039]步驟I，將硝酸銅和硝酸鐵按摩爾比為1: 2溶于乙二醇甲醚中，攪拌35min后，再加入醋酸酐，得到Fe離子濃度為0.35mol/L的穩定的CuFe2O4前驅液，CuFe2O4前驅液中乙二醇甲醚和醋酸酐的體積比為3.5:1；
[0040]步驟2，將Si基片依次置于洗滌劑、丙酮、乙醇中超聲波清洗，每次超聲波清洗1min后用大量蒸餾水沖洗Si基片，最后用氮氣吹干。然后將Si基片放入烘箱烘烤至干燥，取出靜置至室溫。再將潔凈的Si基片置于紫外光照射儀中照射40min，使Si基片表面達到“原子清潔度”。采用旋涂法在Si基片上旋涂CuFe2O4前驅液，制備CuFe2O4濕膜，對CuFe2O4濕膜勻膠，勻膠轉速為4300r/min，勻膠時間為9s，勻膠結束后，在260°C溫度下烘烤15min得干膜，再在640 °C溫度下空氣中層層退火28min，得到晶態CuFe204薄膜；
[0041]步驟3，待晶態CuFe2O4薄膜冷卻后，在晶態CuFe2O4薄膜上重復步驟2，重復14次，得到尖晶石型四方相CuFe2O4鐵磁性薄膜。
[0042]采用X-射線衍射儀及拉曼光譜儀測定CuFe2O4鐵磁性薄膜的物相組成和結構；用FE-SEM測定CuFe2O4鐵磁性薄膜的微觀形貌；用SQUID MPMS-XL-7測試CuFe2O4薄膜室溫下的鐵磁性能。
[0043]實施例4
[0044]步驟I，將硝酸銅和硝酸鐵按摩爾比為1:2溶于乙二醇甲醚中，攪拌40min