CN104008877B - 一种Sn掺杂CrO2薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种Sn掺杂CrO2薄膜及其制备方法。其技术方案是：先将75~99.99份质量的CrO3装入石英舟内，将0.01~25份质量的SnCl2装入另一石英舟内，再将上述两个石英舟放入双温区管式炉的低温区，将TiO2单晶基片放入双温区管式炉的高温区；在持续通入O2的条件下，先将高温区加热至360℃~420℃，开始保温，高温区保温的终止时间与低温区保温的终止时间相同；在高温区开始保温时，对低温区加热至240℃~300℃，保温2~8h；自然冷却，即在单晶基片上制得Sn掺杂CrO2薄膜。本发明具有操作简单和能较快地进行工业化生产的特点，用该方法制备的Sn掺杂CrO2薄膜在磁性能无较大变化的情况下热稳定性有了较大的提高，应用范围广泛。
Description
技术领域
本发明属于CrO2薄膜技术领域。具体涉及一种Sn掺杂CrO2薄膜及其制备方法。
背景技术
近年来，自旋电子学是国际凝聚态物理和材料科学关注的焦点之一，引起了人们的广泛的注意。作为最简单的铁磁性半金属氧化物CrO2是传统的磁记录材料，CrO2经实验证实具有接近100%的自旋极化率,而且CrO2的居里温度高达396K。因此，CrO2被认为是极具开发潜力的、理想的自旋电子器件的电极材料之一。
CrO2在常温常压下是一种亚稳态氧化物，则导致了在常温常压条件下制备CrO2异常困难。目前已经公开的制备CrO2的方法是在高温、高压、有水条件下分解CrO3或平均化合价大于四的铬的氧化物。比如：专利号为CN85106854A名称为“铁磁性二氧化铬的制备”发明专利公开的制备方法是,“将三价和六价铬，在高温、高压、有水存在下，同时添加锑化合物作改性剂，使其转变成二氧化铬”。这种方法不仅过程繁琐，而且是在含水环境下进行，还加入了改性剂，导致了产物中存在杂质，磁化强度低。
CrO2虽然是一种磁性能良好且应用广泛的磁性材料，但常温下处于亚稳态，热稳定性差。纯的CrO2在400℃以上便开始分解为Cr2O3，从而大大限制了其应用范围。目前公开的方法都只是如何制备高纯度CrO2材料，尚未有向CrO2材料掺入Sn元素来改善其热稳定性的具体制备方法。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种操作简单和适用于工业化生产的Sn掺杂CrO2薄膜的制备方法，用该方法制备的Sn掺杂CrO2薄膜在CrO2磁性能无较大变化的情况下使其热稳定性得到较大提高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：
步骤一、先将75~99.99份质量的CrO3装入石英舟内，将0.01~25份质量的SnCl2装入另一石英舟内，再将上述两个石英舟放入双温区管式炉的低温区，将TiO2单晶基片放入双温区管式炉的高温区。
步骤二、在150~250mL/min的流速向管式炉内持续通入O2的条件下，先将高温区加热至360℃~420℃，开始保温，高温区保温的终止时间与步骤三的低温区保温的终止时间相同。
步骤三、在高温区开始保温时，对低温区开始加热，加热至240℃~300℃，保温2~8h。
步骤四、自然冷却，即在单晶基片上制得Sn掺杂CrO2薄膜。
所述的单晶基片为TiO2单晶基片、或为Al2O3单晶基片。
所述的CrO3为分析纯物质。
所述的SnCl2为分析纯物质。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下积极效果：
第一、本发明所采用的双温区管式炉在国内较为成熟，其操作简单，常压下便能生产，用其生产Sn掺杂CrO2薄膜能较快地进行工业化生产。
第二、纯的CrO2材料在400℃以上便开始分解为Cr2O3，而本发明制备的Sn掺杂CrO2薄膜在500℃仍能保持稳定，热稳定性得到了较大提高，从而使其应用范围更加广泛。
第三、与纯的CrO2材料相比，本发明的Sn掺杂CrO2薄膜磁性能并无较大改变。
因此，本发明具有操作简单和能较快地进行工业化生产的特点，用该方法制备的Sn掺杂CrO2薄膜在磁性能无较大变化的情况下热稳定性有了较大的提高，应用范围广泛。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围是限制。
本具体实施方式所述的CrO3和SnCl2均为分析纯物质，实施例中不再赘述。
实施例1
一种Sn掺杂CrO2薄膜及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：
步骤一、先将75~80份质量的CrO3装入石英舟内，将20~25份质量的SnCl2装入另一石英舟内，再将上述两个石英舟放入双温区管式炉的低温区，将TiO2单晶基片放入双温区管式炉的高温区。
步骤二、在230~250mL/min的流速向管式炉内持续通入O2的条件下，先将高温区加热至400℃~420℃，开始保温，高温区保温的终止时间与步骤三的低温区保温的终止时间相同。
步骤三、在高温区开始保温时，对低温区开始加热，加热至280℃~300℃，保温2~4h。
步骤四、自然冷却，即在单晶基片上制得Sn掺杂CrO2薄膜。
本实施例所述的单晶基片为TiO2单晶基片。
实施例2
一种Sn掺杂CrO2薄膜及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：
步骤一、先将80~85份质量的CrO3装入石英舟内，将15~20份质量的SnCl2装入另一石英舟内，再将上述两个石英舟放入双温区管式炉的低温区，将TiO2单晶基片放入双温区管式炉的高温区。
步骤二、在210~230mL/min的流速向管式炉内持续通入O2的条件下，先将高温区加热至380℃~400℃，开始保温，高温区保温的终止时间与步骤三的低温区保温的终止时间相同。
步骤三、在高温区开始保温时，对低温区开始加热，加热至260℃~280℃，保温4~6h。
步骤四、自然冷却，即在单晶基片上制得Sn掺杂CrO2薄膜。
本实施例所述的单晶基片为TiO2单晶基片。
实施例3
一种Sn掺杂CrO2薄膜及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：
步骤一、先将85~90份质量的CrO3装入石英舟内，将10~15份质量的SnCl2装入另一石英舟内，再将上述两个石英舟放入双温区管式炉的低温区，将TiO2单晶基片放入双温区管式炉的高温区。
步骤二、在190~210mL/min的流速向管式炉内持续通入O2的条件下，先将高温区加热至360℃~380℃，开始保温，高温区保温的终止时间与步骤三的低温区保温的终止时间相同。
步骤三、在高温区开始保温时，对低温区开始加热，加热至240℃~260℃，保温6~8h。
步骤四、自然冷却，即在单晶基片上制得Sn掺杂CrO2薄膜。
本实施例所述的单晶基片为TiO2单晶基片。
实施例4
一种Sn掺杂CrO2薄膜及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：
步骤一、先将90~95份质量的CrO3装入石英舟内，将5~10份质量的SnCl2装入另一石英舟内，再将上述两个石英舟放入双温区管式炉的低温区，将TiO2单晶基片放入双温区管式炉的高温区。
步骤二、在170~190mL/min的流速向管式炉内持续通入O2的条件下，先将高温区加热至380℃~400℃，开始保温，高温区保温的终止时间与步骤三的低温区保温的终止时间相同。
步骤三、在高温区开始保温时，对低温区开始加热，加热至260℃~280℃，保温4~6h。
步骤四、自然冷却，即在单晶基片上制得Sn掺杂CrO2薄膜。
本实施例所述的单晶基片为Al2O3单晶基片。
实施例5
一种Sn掺杂CrO2薄膜及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：
步骤一、先将95~99.99份质量的CrO3装入石英舟内，将0.01~5份质量的SnCl2装入另一石英舟内，再将上述两个石英舟放入双温区管式炉的低温区，将TiO2单晶基片放入双温区管式炉的高温区。
步骤二、在150~170mL/min的流速向管式炉内持续通入O2的条件下，先将高温区加热至400℃~420℃，开始保温，高温区保温的终止时间与步骤三的低温区保温的终止时间相同。
步骤三、在高温区开始保温时，对低温区开始加热，加热至280℃~300℃，保温2~4h。
步骤四、自然冷却，即在单晶基片上制得Sn掺杂CrO2薄膜。
本实施例所述的单晶基片为Al2O3单晶基片。
本具体实施方式与现有技术相比，具有如下积极效果：
第一、本具体实施方式所采用的双温区管式炉在国内较为成熟，其操作简单，常压下便能生产，用其生产Sn掺杂CrO2薄膜可以较快的进行工业化生产。
第二、纯的CrO2材料在400℃以上便开始分解为Cr2O3，而本具体实施方式制备的Sn掺杂CrO2薄膜在500℃仍能保持稳定，热稳定性得到了较大提高，从而使其应用范围更加广泛。
第三、与纯的CrO2材料相比，本具体实施方式的Sn掺杂CrO2薄膜磁性能并无较大改变。
因此，本具体实施方式具有操作简单和能较快地进行工业化生产的特点，用该方法制备的Sn掺杂CrO2薄膜在磁性能无较大变化的情况下热稳定性有了较大的提高，应用范围广泛。
Claims (5)
1.一种Sn掺杂CrO2薄膜的制备方法，其特征在于所述的制备方法是：
步骤一、先将75～99.99份质量的CrO3装入石英舟内，将0.01～25份质量的SnCl2装入另一石英舟内，再将所述石英舟和所述另一石英舟放入双温区管式炉的低温区，将TiO2单晶基片放入双温区管式炉的高温区；
步骤二、在150～250mL/min的流速向管式炉内持续通入O2的条件下，先将高温区加热至360℃～420℃，开始保温，高温区保温的终止时间与步骤三的低温区保温的终止时间相同；
步骤三、在高温区开始保温时，对低温区开始加热，加热至240℃～300℃，保温2～8h；
步骤四、自然冷却，即在单晶基片上制得Sn掺杂CrO2薄膜。
2.根据权利要求1所述的Sn掺杂CrO2薄膜的制备方法，其特征在于所述的单晶基片为TiO2单晶基片、或为Al2O3单晶基片。
3.根据权利要求1所述的Sn掺杂CrO2薄膜的制备方法，其特征在于所述的CrO3为分析纯物质。
4.根据权利要求1所述的Sn掺杂CrO2薄膜的制备方法，其特征在于所述的SnCl2为分析纯物质。
5.一种Sn掺杂CrO2薄膜，其特征在于所述Sn掺杂CrO2薄膜是根据权利要求1～3项中任一项所述Sn掺杂CrO2薄膜的制备方法所制备的Sn掺杂CrO2薄膜。
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