专利名称：：一种铈掺杂纳米锶铁氧体薄膜及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种铈惨杂纳米锶铁氧体薄膜及其制备方法，铈掺杂纳米锶铁氧体薄膜可用于制备磁记录材料、吸波材料。
背景技术：
：目前对纳米锶铁氧体材料的研究表明，该材料存在吸波性能不理想、吸波频段有待进一步拓宽的问题。稀土元素具有丰富的/层电子，其化合物本身就是具有优良磁性能的吸波材料，因而稀土元素的掺入，必然会对锶铁氧体的整个体系吸波性能的改善发挥较大的作用。目前，已有文献报道利用稀土元素的掺入来制备纳米锶铁氧体粉体，但对纳米锶铁氧体吸波性能的改善作用并不理想。由于纳米锶铁氧体薄膜在垂直磁记录、微波器件以及磁光存储方面诱人的应用前景，因而目前已有文献报道利用溅射沉积、化学气相沉积来制备纳米锶铁氧体薄膜。纳米薄膜有多种制备方法，主要可分为物理方法和化学方法两大类。其中经常使用的物理方法包括粒子束溅射沉积、磁控溅射沉积，以及新近出现的低能团簇束沉积法；化学方法包括(有机金属化合物)化学气相沉积(MOCVD)法、电沉积法、热解法和溶胶-凝胶法等。目前，国内外对稀土元素惨杂锶铁氧体的报道较少，且大部分报道集中在粉体材料及其制备上。在本发明人申请的申请号为200810151029.4的文献中，公开了一种铈掺杂纳米钡铁氧体薄膜及其制备方法，这种薄膜材料虽然对纳米钡铁氧体薄膜的吸波性能有所改善，但是在磁性能和电磁性能上劣于纳米锶铁氧体薄膜材料。在本发明人申请的另一个申请号为200810151027.5的文献中，公开了一种纳米锶铁氧体薄膜的制备方法，但是该种薄膜材料存在吸波频率范围.窄、电磁性能和磁性能较低的问题。
发明内容要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种铈掺杂纳米锶铁氧体薄膜及其制备方法，是在石英基片上制备晶态纳米锶铁氧体薄膜，通过制备工艺的优化，得到高纯度的铈掺杂锶铁氧体纳米薄膜。技术方案本发明的基本思想是一般当稀土元素加入时，由于稀土离子半径比较大，取代部分铁氧体中的离子半径小的元素，使晶格常数变大，从而出现晶格畸变，提高物理活性，提高介电损耗和涡流损耗；控制掺杂量可以调节铁氧体材料吸收峰的频率范围，以达到预期的应用范围，并可以扩展吸收频带宽度，改善高温吸波性能；可以改变薄膜晶粒的尺寸，使其满足一定的匹配要求。铈的化学性质很活泼，它的原子序数是58，核最外层电子排布为4f15(116^，它的主要氧化态是Ce3+,离子半径由于镧系收縮要小于La:i+，铈是储量最丰富的稀土元素，因此，稀土元素铈的掺入可以改变锶铁氧体的整个体系，使得吸波性能得到较大的改善。本发明的铈掺杂纳米锶铁氧体薄膜的技术特征在于配方为硝酸铁2.15g/100ml、硝酸锶0.125g/100ml、硝酸铈0.050.21g/100ml、乙二醇1.87-1.98g/100tnl、柠檬酸3.17~3.35g/100ml;所述的单位为质量克。制备所述铈掺杂纳米锶铁氧体薄膜的方法，其特征在于步骤如下步骤l:将硝酸锶和硝酸铈放入A容器中，加入蒸馏水使溶液黏度为24mPa-s，搅拌至完全溶解；步骤2:将硝酸铁放入B容器中，加入蒸馏水使溶液黏度为24mPa's，搅拌至完全溶解；步骤3:将柠檬酸加入B烧杯中，搅拌至完全溶解；步骤4:将A容器中的物质加入B容器中，搅拌30min;缓慢加入乙二醇，继续搅拌，并使温度控制在708(TC之间，进行自然蒸发得到粘度范围在412mPas的溶胶；步骤5、将二氧化硅基片放入溶胶中浸泡，采用浸渍-提拉法涂膜；以22.5mm/s的速率垂直向上提拉出液面，形成湿凝胶膜，在5(TC6(TC下进行干燥制得干凝胶膜；步骤6、在37(TC40(TC将步骤5得到的薄膜进行预烧25~35分钟；步骤7、重复操作步骤5和步骤6，循环10到15次得到薄膜厚度80~120nm时进行下一步骤；步骤8、将步骤7得到的薄膜在卯(TC焙烧两小时，得到铈掺杂锶铁氧体薄膜。有益效果本发明的一种铈掺杂纳米锶铁氧体薄膜，与现有技术相比特点在于(1)铈元素完全进入到锶铁氧体的晶格中，使半径较大的稀土元素扩大了锶铁氧体的晶格尺寸，从而增加铁氧体薄膜的吸波性能；(2)通过不同比例铈的掺杂可以调整稀土掺杂锶铁氧体薄膜的磁性能，即调整其矫顽力和饱和磁化强度；(3)通过不同比例铈的掺杂可以调整铈掺杂锶铁氧体薄膜的吸波性能，即调整其损耗正切值的吸收峰的高度和宽度。本发明提出的铈掺杂纳米锶铁氧体薄膜的制备方法，该法主要有三点优点第一，工艺流程简单、成本低，对生产设备要求不高。第二，便于在各种不同形状的基底上制备薄膜，甚至可以在粉末材料的颗粒表面制备一层包覆膜，可在较大尺寸的基片上成膜；第三，易制得均匀的多组分氧化物膜，易于定量掺杂，可以有效地控制薄膜成分及微观结构。附图说图1:SrCexFe^O^薄膜的XRD图谱图2:铈掺杂纳米锶铁氧体薄膜的FESEM图具体实施例方式现结合实施例、附图对本发明作进一步描述-实施例h本实验是制备比例为Ce/Sr=0.2的稀土铈掺杂纳米锶铁氧体薄膜，具体步骤如下1、将0.5§的硝酸锶和0.205§的硝酸铈放入八烧杯中，加入200ml的蒸馏水使溶液黏度为4mPa，s，搅拌至完全溶解；2、将8.591g的主盐硝酸铁放入B烧杯中，加入200ml的蒸馏水使溶液黏度为4mPa's，搅拌至完全溶解；3、将12.664g的柠檬酸加入B烧杯中，搅拌至完全溶解；4、将A烧杯中的物质加入B烧杯中，搅拌30min;缓慢加入6.73ml的乙二醇，继续搅拌并使温度控制在708(TC之间，缓慢蒸发以得到溶胶；5、将二氧化硅基片放入溶胶中浸泡，采用浸渍-提拉法进行制膜；以2mm/s的速率垂直向上提拉出液面，形成溶胶膜，制得湿凝胶膜在5(TC6(TC下进行干燥后转变成凝胶膜；6、在40(TC将步骤5得到的薄膜进行预烧35分钟；7、重复10次步骤5和步骤6，得到薄膜厚度120nm时进行下一步骤；8、将步骤7得到的薄膜在90(TC焙烧两小时，即得到铈掺杂锶铁氧体薄膜，即81€6。.26.8019薄膜。实施例2:本实验是制备比例为Ce/Sr=0.4的稀土铈掺杂纳米锶铁氧体薄膜，具体步骤如下1、将0.5g的硝酸锶和0.410g的硝酸铈放入A烧杯中，加入200ml的蒸馏水使溶液黏度为2mPa's，搅拌至完全溶解；2、将8.591g的主盐硝酸铁放入B烧杯中，加入200ml的蒸馏水使溶液黏度为2mPa's,搅拌至完全溶解；3、将12.912g柠檬酸加入B烧杯中，搅拌至完全溶解；4、将A烧杯中的物质加入B烧杯中，搅拌30min;缓慢加入6.85ml乙二醇，继续搅拌并使温度控制在708(TC之间，缓慢蒸发以得到粘度适宜的溶胶；5、将二氧化硅基片放入溶胶中浸泡，采用浸渍-提拉法涂膜；以2.5mm/s的速率垂直向上提拉出液面，形成溶胶膜，制得湿凝胶膜在5(TC6(TC下进行干燥后转变成凝胶膜；6、在40(TC将5得到的薄膜进行预烧25分钟；7、不断重复15次步骤5和步骤6，得到薄膜厚度80nm时进行下一步骤；8、将步骤7得到的薄膜在90(TC焙烧两小时，即得到铈掺杂锶铁氧体薄膜，即SrCeo.4Feu.60,9薄膜。实施例3:本实验是制备比例为Ce/Sr=0.6的稀土铈掺杂纳米锶铁氧体薄膜，具体步骤如下:1、将0.5g硝酸锶和0.616g硝酸铈放入A烧杯中，加入200ml的蒸馏水使溶液黏度为3mPa's,搅拌至完全溶解；2、将8.591g主盐硝酸铁放入B烧杯中，加入200ml的蒸馏水使溶液黏度为3mPa-s，搅拌至完全溶解；3、将13.161g柠檬酸加入B烧杯中，搅拌至完全溶解；4、将A烧杯中的物质加入B烧杯中，搅拌30min;缓慢加入6.98ml乙二醇，继续搅拌并使温度控制在708CTC之间，缓慢蒸发以得到粘度适宜的溶胶；5、将二氧化硅基片放入溶胶中浸泡，采用浸渍-提拉法涂膜；以2.3mm/s的速率垂直向上提拉出液面，形成溶胶膜，制得湿凝胶膜在5(TC6(TC下进行干燥后转变成凝胶膜；6、在40(TC将步骤5得到的薄膜进行预烧30分钟；7、不断重复13次步骤5和步骤6，得到薄膜厚度100nm时进行下一步骤；8、将步骤7得到的薄膜在90(TC下焙烧两小时，即得到铈掺杂锶铁氧体薄膜，即SrCe。.6Feu.40,9薄膜。根据以下检测结果可以看出本发明研制的铈掺杂锶铁氧体薄膜的特点图1为不同比例的铈掺杂锶铁氧体薄膜的X-射线衍射图谱，其中各谱线的位置、强度都较相似，为SrFe12019型的晶体。由XRD数据，通过谢乐公式计算可知SrCexFe^O^薄膜的颗粒大小为50~70nm左右。对所得样品釆用X-射线能谱仪(EDS)进行了X射线能谱分析。结果如表1所示。表1不同比例Ce掺杂锶铁氧体薄膜的X射线能谱分析数据<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>X射线能谱(EDS)分析数据中有铈，说明铈已经掺杂进入锶铁氧体薄膜内。通过掺杂不同比例铈的锶铁氧体薄膜的EDS测试得出，随着掺杂Ce比例的增加，钸的量也在增加。图2为铈掺杂比例为0.4时的锶铁氧体薄膜的场发射扫描电镜图。由图2可见，Ce掺杂锶铁氧体薄膜较致密，由呈不规则的球状晶体颗粒堆垛而成，且颗粒比较圆滑。晶体颗粒其径向约为40-70nm，长度约为100nm左右,均达到了纳米级。在保持铈掺杂锶铁氧体薄膜中其它组分不变的条件下，改变Ce离子的浓度，对所制得的薄膜的磁性能进行研究，结果如表2所示。表2SrCexFe^0,9薄膜的磁性能<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由表2、3可见，掺杂Ce之后，与未掺杂的纳米锶铁氧体薄膜以及表3中Ce掺杂钡铁氧体薄膜相比，矫顽力增加显著，矩形比一般比较高，是比较理想的磁记录材料。在铈掺杂锶铁氧体薄膜中保持其它组分不变的条件下；改变Ce离子的浓度，对所制得吸波性能进行了研究，结果如表4所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>由表4中可知，与未掺杂的纳米锶铁氧体薄膜相比，Ce掺杂锶铁氧体薄膜在一定的掺杂比例下有较好的吸波性能，可作为吸波材料使用。权利要求1.一种铈掺杂纳米锶铁氧体薄膜，其特征在于配方为硝酸铁2.15g/100ml、硝酸锶0.125g/100ml、硝酸铈0.05～0.21g/100ml、乙二醇1.87～1.98g/100ml、柠檬酸3.17～3.35g/100ml；所述的单位为质量克。2.—种制备权利要求1所述铈掺杂纳米锶铁氧体薄膜的方法，其特征在于步骤如下步骤l:将硝酸锶和硝酸铈放入A容器中，加入蒸馏水使溶液黏度为2~4mPa-s，搅拌至完全溶解；步骤2:将硝酸铁放入B容器中，加入蒸馏水使溶液黏度为24mPa's，搅拌至完全溶解；步骤3:将柠檬酸加入B烧杯中，搅拌至完全溶解；步骤4:将A容器中的物质加入B容器中，搅拌30min;缓慢加入乙二醇，继续搅拌，并使温度控制在7080'C之间，进行自然蒸发得到粘度范围在4~12mPas的溶胶；步骤5、将二氧化硅基片放入溶胶中浸泡，采用浸渍-提拉法涂膜；以22.5mm/s的速率垂直向上提拉出液面，形成湿凝胶膜，在5(TC6(TC下进行干燥制得干凝胶膜；步骤6、在37(TC40(TC将步骤5得到的薄膜进行预烧25~35分钟；步骤7、重复操作步骤5和步骤6，循环10到15次得到薄膜厚度80120nm时进行下一步骤；步骤8、将步骤7得到的薄膜在90(TC焙烧两小时，得到铈掺杂锶铁氧体薄膜。全文摘要本发明涉及一种铈掺杂纳米锶铁氧体薄膜及其制备方法，其特征在于配方如下硝酸铁2.15g/100ml、硝酸锶0.125g/100ml、硝酸铈0.05～0.21g/100ml、乙二醇1.87～1.98g/100ml、柠檬酸3.17～3.35g/100ml。制备方法为在石英基片上制备晶态纳米锶铁氧体薄膜，通过制备工艺的优化，得到高纯度的铈掺杂锶铁氧体纳米薄膜，薄膜可用于制备磁记录材料、吸波材料。该法优点工艺流程简单、成本低；便于在各种不同形状的基底上制备薄膜；易制得均匀的多组分氧化物膜，易于定量掺杂，可以有效地控制薄膜成分及微观结构。文档编号C04B41/45GK101565326SQ20091002180公开日2009年10月28日申请日期2009年4月1日优先权日2009年4月1日发明者李玉青,杨永峰,牛芳芳,英黄,齐暑华申请人:西北工业大学