各向异性纳米复合永磁薄膜制备和磁性研究

纳米复合稀土永磁材料是近些年来永磁材料研究的热点之一。理论计算表明，纳米复合永磁材料的磁能积可达到1MJ／m3。但目前制备的纳米复合永磁体的磁能积与理论值相差很大。主要原因是难以合成软、硬磁相呈高度取向的各向异性纳米复合永磁材料。项目提出采用自由站立在金属W上的软磁纳米棒阵列作为模板，通过磁控溅射沉积RE-Fe-B或电化学沉积FePt薄膜，控制工艺条件，制备出由各向异性的RE-Fe-B（或FePt）硬磁相和纳米棒Fe（或FeCo）软磁相组成的各向异性纳米复合永磁薄膜，系统研究制备条件对薄膜微结构、交换耦合和永磁性能的影响。这种各向异性纳米复合薄膜具有理论模型中提出的理想软、硬磁相镶嵌结构，对于研究交换耦合机制和发展高性能的纳米复合磁性材料具有重要意义。

项目以阳极氧化铝为模板，设计制备了各种铁磁纳米结构阵列，包括自由站立在硅片上的铁磁纳米线、核壳电缆、管、环阵列。对纳米结构及复合结构阵列的磁性能进行了研究。利用Si/Ti/多孔W/AAO作为模板，在Si基片上制备了大面积自由站立的CoPt合金纳米棒阵列。在650 °C下退火，获得了硬磁fct相。用自由站立的硬磁CoPt相纳米棒线阵列作为二次模板，电化学沉积制备了大面积CoPt/FeCo核壳纳米电缆阵列，通过实验和微磁模拟研究了不同壳层厚度时磁性和交换耦合行为。利用AAO/PPy复合结构作为模板，在硅片上制备了大面积自由站立的Ni纳米管阵列，纳米管的直径、长度和壁厚都可以精确、独立的调控。磁性测量表明纳米管的磁各向异性特征与纳米管的壁厚有关系，微磁模拟和理论分析解释了厚度相关的磁各向异性行为。在硅基片上制备了大面积、不同直径的Co纳米环阵列，研究了Co纳米环外径变化时，磁洋葱态到磁涡旋态转变的规律。实验测量和微磁模拟发现纳米环从洋葱态到涡旋态的转变与纳米环的直径有密切关系，这也通过原位磁力显微镜观察不同外场时下Co纳米环的磁畴状态变化得到了证实。以上研究结果对制备特殊纳米结构阵列和发展新型磁性纳米材料具有重要意义。. 项目利用磁控溅射的方法，在SiO2和Ta、W金属基片上成功制备了具有垂直膜面各向异性的RE-Fe-B薄膜，对其磁性、垂直各向异性和磁畴结构进行了研究。由于高的饱和磁化强度引起强的静磁相互作用,靠近的自由站立的FeCo合金纳米棒易团聚，不能制备自由站立在硅片上的FeCo合金纳米棒阵列,因此，未能制备出REFeB/FeCo纳米复合薄膜。