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纳米铁氧体/SiO_2复合薄膜的结构和磁性研究

作　者: 刘宇
导　师: 李海波
学　校: 吉林师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 溶胶-凝胶旋涂法 铁氧体/SiO2 纳米复合薄膜 结构 磁性
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


尖晶石型铁氧体薄膜在垂直磁记录、磁光记录、电子器件等方面的优势,越来越受到人们的重视。在铁氧体中,钴铁氧体是亚铁磁性氧化物,具有适当的饱和磁化强度、高的磁晶各向异性和矫顽力、良好的化学稳定性和机械耐磨性;Ni-Zn铁氧体与金属或金属合金相比其最大的优点是电阻率高,因此有几乎可以忽略的涡流损耗及趋肤效应。本文采用溶胶-凝胶旋涂法制备了铁氧体/SiO2纳米复合薄膜。利用X射线衍射（XRD）仪、X射线荧光光谱仪（XRF）、原子力显微镜（AFM）、扫描电镜（SEM）、振动样品磁强计（VSM）对样品的表面形貌、结构和磁性进行了研究,讨论了溶胶pH值、掺杂和退火温度对样品结构、晶粒尺寸、形貌、磁性等影响。结果表明:（1）对于CoFe2O4/SiO2样品,随着溶胶pH值的减小,CoFe2O4的晶粒尺寸和晶格常数减小,CoFe2O4晶粒存在较明显的（111）晶面方向的择优取向生长。随着CoFe2O4的晶粒尺寸的减小,样品的矫顽力变大,矫顽力随晶粒尺寸的变化是由于样品的磁畴结构的变化引起的。样品存在较明显的垂直磁各向异性,与CoFe2O4的择优取向生长有关。薄膜样品中存在应力各向异性,导致薄膜样品的矫顽力明显高于粉末样品。（2）对于Co1-xMgxFe2O4/SiO2样品,随着Mg2+含量的增加,Co1-xMgxFe2O4的晶格常数减小,样品的饱和磁化强度减小,矫顽力先增大后减小。（3）随着退火温度的提高,样品中Co0.8Mg0.2Fe2O4的晶化程度提高,晶粒尺寸变大,晶格常数减小。经较高温度退火样品中的Co0.8Mg0.2Fe2O4存在沿（111）方向择优取向生长趋势。随着Co0.8Mg0.2Fe2O4晶粒尺寸的增加,样品的磁化强度变大,磁化强度的变化来源于样品中Co0.8Mg0.2Fe2O4晶粒的尺寸效应和表面效应。样品的矫顽力随着Co0.8Mg0.2Fe2O4晶粒尺寸的增加先增大后减小,矫顽力的变化与样品中Co0.8Mg0.2Fe2O4晶粒的磁畴结构随晶粒尺寸的变化有关。（4）对于Ni1-xZnxFe2O4/SiO2样品,随着Zn2+含量的增加,NiFe2O4样品的饱和磁化强度先增大后减少。当X=0.6时,饱和磁化强度最大630.3 kA·m-1,矫顽力的值为5.7 kA·m-1,样品的饱和磁化强度较高,矫顽力较小,具有良好的软磁性质。（5）随着热处理温度的升高,样品中Ni0.4Zn0.6Fe2O4的晶化程度提高,晶粒尺寸变大。样品的饱和磁化强度随着温度的升高而增大,这是由于纳米颗粒的表面效应和小尺寸效应引起的。样品的矫顽力随着退火温度的升高而增大,这是由于薄膜与基片之间热膨胀系数的不同,导致薄膜中存在应力,随着温度的升高应力变大,因此矫顽力提高。（6）随着掺杂离子的不同,样品的磁性有所改变。Co0.8Mg0.2Fe2O4/SiO2与样品CoFe2O4/SiO2相比,矫顽力有所提高,饱和磁化强度有所降低。样品Co0.8Zn0.2Fe2O4/SiO2与样品CoFe2O4/SiO2相比,矫顽力有所减小,但饱和磁化强度有所增加。样品Co0.8Ni0.2Fe2O4/SiO2与样品CoFe2O4/SiO2相比,矫顽力有所减小,饱和磁化强度也减小。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-18
  1.1 纳米复合薄膜简介  9-10
    1.1.1 纳米材料  9
    1.1.2 纳米复合材料  9
    1.1.3 纳米复合薄膜  9-10
  1.2 尖晶石型铁氧体的结构与磁性  10-13
    1.2.1 尖晶石型铁氧体的结构  10-11
    1.2.2 尖晶石型铁氧体的磁结构及磁性来源  11-12
    1.2.3 磁性单畴粒子和超顺磁性  12-13
  1.3 铁氧体/SiO_2 纳米复合材料的合成机理  13-14
  1.4 铁氧体/SiO_2 纳米复合薄膜的制备方法及应用  14-17
    1.4.1 铁氧体/SiO_2 纳米复合薄膜的制备方法  14-16
    1.4.2 铁氧体/SiO_2 薄膜的应用  16-17
  1.5 本文的选题意义和主要研究内容  17-18
第二章 溶胶-凝胶旋涂法制备铁氧体/SiO_2薄膜及其表征  18-19
  2.1 样品的制备  18
  2.2 样品的表征  18-19
第三章 溶胶pH 值对CoFe_2O_4/SiO_2复合薄膜结构和磁性的影响  19-24
  3.1 XRD 结果分析  19-20
  3.2 AFM 结果分析  20-21
  3.3 VSM 结果分析  21-23
  3.4 本章小结  23-24
第四章 纳米Co_(1-x)Mg_xFe2O_4/SiO_2复合薄膜的结构和磁性  24-36
  4.1 Mg~(2+)含量对纳米CoFe_2O_4/SiO_2 复合薄膜结构和磁性的影响  24-29
    4.1.1 XRD 结果分析  24-25
    4.1.2 AFM 和SEM 结果分析  25
    4.1.3 VSM 结果分析  25-29
  4.2 退火温度对纳米Co_(0.8)Mg_(0.2)Fe_2O_4/SiO_2 薄膜结构和磁性的影响  29-34
    4.2.1 XRD 结果分析  29-30
    4.2.2 AFM 结果分析  30-31
    4.2.3 VSM 结果分析  31-34
  4.3 本章小结  34-36
第五章 纳米Ni_(1-x)Zn_xFe_2O_4/SiO_2复合薄膜的结构和磁性  36-44
  5.1 Zn~(2+)含量对NiFe_2O_4 纳米复合薄膜的结构和磁性的影响  36-39
    5.1.1 XRF 结果分析  36
    5.1.2 XRD 结果分析  36-37
    5.1.3 AFM 和 SEM 结果分析  37
    5.1.4 VSM 结果分析  37-39
  5.2 退火温度对纳米 Ni_(0.4)Zn_(0.6)Fe_2O_4/SiO_2 复合薄膜结构和磁性的影响  39-43
    5.2.1 XRD 结果分析  39-40
    5.2.2 AFM 结果分析  40-41
    5.2.3 VSM 结果分析  41-43
  5.3 本章小结  43-44
第六章 纳米 Co_(0.8)Re_(0.2)Fe_2O_4 /SiO_2复合薄膜的结构和磁性  44-49
  6.1 XRD 结果分析  44-45
  6.2 AFM 结果分析  45
  6.3 VSM 结果分析  45-48
  6.4 本章小结  48-49
结论  49-51
参考文献  51-55
攻读硕士期间发表的主要科研成果  55-57
后记  57

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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