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镍纳米线阵列的生长动力学及磁性研究

于翠艳  
【摘要】: 金属镍纳米线阵列在垂直磁记录领域具有广阔的应用前景,如何生长高质量的镍纳米线阵列是其应用要解决的关键问题之一。本文采用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和振动样品磁强计(VSM)开展了镍纳米线阵列电沉积动力学参数、电化学沉积机理、纳米线结构与磁性关系的研究。 利用二次阳极氧化的方法在不同腐蚀介质中,制备了不同孔径的多孔氧化铝模板,研究了铝的纯度、抛光、温度、氧化电压等因素对氧化铝模板的孔有序性和孔径大小的影响,发现高纯铝、电抛光、低温和适中的氧化电压有利于提高氧化铝模板的有序性。 采用恒电位三电极体系进行电沉积制备镍纳米阵列。研究表明,纳米线的直径与模板纳米孔直径相当,随纳米线的直径由小变大,其结构逐渐由单晶变为多晶。通过研究沉积电流与时间的关系(I-t曲线) ,确定了镍纳米线阵列在不同温度下的沉积是一个典型的动力学过程,据此测定了直径为160 nm、40 nm、25 nm的镍纳米线的表观生长激活能分别为1.26 eV、0.71 eV和0.25 eV。纳米线直径越小,其表观生长激活能越小。 通过分析沉积过程的I-t曲线和镍纳米线阵列电极的极化曲线,确定电化学反应步骤为整个电沉积过程的控制步骤;通过测定不同浓度下的阴极极化曲线,计算了沉积过程中交换电流密度,发现了纳米微电极直径减小,交换电流密度增大的动力学规律。通过对电极反应的电子转移数的研究,提出了镍纳米线阵列电沉积反应机理。 在上述工作基础上,利用正交实验确定了制备单晶镍纳米线阵列的最佳工艺条件,所制备的直径为40 nm的镍纳米线阵列的矫顽力为1036 Oe,剩磁比为0.94。发现镍纳米线的直径越小其磁性能越好,当镍纳米线的直径达到15 nm时,其矫顽力达到1106 Oe。


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