阳极氧化铝模板成孔机理研究与FePt磁性纳米线阵列合成

论文摘要

由于纳米材料独特的物理和化学性质,近年来其研究得到了越来越多的关注。随着研究的深入,其在催化、滤光、医药和磁存储介质等方面都展现出了广阔的应用前景。现在人们的注意力已由单一纳米结构性质的探索,逐步转移到如何制备纳米材料上。模板辅助电化学沉积方法是制备纳米材料的重要方法之一。纳米材料的形貌受到模板的调控,可以轻松的实现多种纳米结构的制备,如纳米线、纳米管和纳米点阵。在众多模板中,阳极氧化铝模板（AAO）由于化学稳定性好,其孔径可控且分布较均匀,得到了广泛的应用。本文对氧化铝模板辅助电化学沉积制备FePt磁性合金纳米阵列进行详细的研究,主要工作包括模板的改良和材料的制备两个方面。在模板改良方面,我们通过观测不同氧化时间氧化铝模板的扫描电子显微镜（SEM）图像,详细的研究了样品的抛光过程和两次氧化过程。我们发现抛光过程可以在样品表面形成纳米级的形貌,而其孔洞的大小和抛光电压成正比。基于改进的抛光工艺,我们在较低的氧化电压条件下,成功制备出了有序度较高的小孔氧化铝模板。在材料制备方面,通过对脉冲电沉积方法（PED）沉积条件的系统研究,我们合成了原子比为1：1的FePt纳米线阵列。基于形貌、成分和磁性质的分析结果,我们提出一种新的生长机理,解释两电极体系下FePt纳米线的生长过程。我们认为在沉积过程中,由于两种金属活性的差异,两种金属离子的还原不是同步的。铂离子优先被还原出来,只有当[PtC16]2-和[PtCh]2-离子的浓度降低到一定的程度之后,铁离子才开始被还原。这种生长机理可以很好的解释实验中FePt纳米线阵列矫顽力较低的现象,也为制备出较好磁性质FePt纳米线阵列指明了方向。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1.纳米技术研究概述
• 1.2.多孔阳极氧化铝模板的研究及其发展现状
• 1.2.1.多孔阳极氧化铝模板概述
• 1.2.2.AAO模板的形成机理
• 1.2.3.两步阳极氧化法
• 1.2.4.阻挡层的处理——恒流减薄法
• 1.3.氧化铝模板的主要应用
• 1.3.1.纳米点阵列
• 1.3.2.纳米线阵列
• 1.3.3.纳米管阵列
• 1.4.磁性合金纳米阵列在超高密度磁存储中的应用
• 1.4.1.超高密度磁存储的困境和机遇
• 1.4.2.FePt纳米阵列的制备
• 1.5.本论文的工作
• 第二章 样品的制备及表征
• 2.1.实验装置及原理
• 2.1.1.电解反应池
• 2.1.2.程控源表
• 2.2.样品的制备
• 2.2.1.铝基预处理
• 2.2.2.电化学抛光
• 2.2.3.两次阳极氧化
• 2.2.4.两步恒流减薄
• 2.2.5.电化学沉积
• 2.3.样品性质的表征
• 2.3.1.样品形貌的表征
• 2.3.2.样品成分的表征
• 2.3.3.样品磁性质的表征
• 第三章 AAO模板的成孔机理研究
• 3.1.AAO模板的研究现状和意义
• 3.2.抛光工艺
• 3.3.电流返回曲线
• 3.4.一次阳极氧化中的成孔过程
• 3.5.二次阳极氧化中的成孔过程
• 3.6.小孔氧化铝模板的制备
• 3.7.小结
• 第四章 AAO模板辅助制备FePt纳米线阵列
• 4.1.研究现状和意义
• 4.2.FePt合金纳米线的成分控制
• 4.3.FePt纳米线的成分分析
• 4.3.1.沉积脉冲的影响
• 4.3.2.放电脉冲的影响
• 4.3.3.零脉冲的影响
• 4.4.FePt纳米线的形貌分析
• 4.5.FePt纳米线的磁性质分析
• 4.6.两电极PED方法生长FePt纳米线的模型
• 4.7.小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1.总结
• 5.2.展望
• 参考文献
• 附:攻读硕士学位期间学术成果
• 致谢