CN111312889A - 一种磁电弹簧结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种磁电弹簧结构及其制备方法，包括铁电层和铁磁层，生长过程中使用铝酸锶作为缓冲层降低晶格失配度。生长完成后，利用铝酸锶的水溶性和铁电、铁磁层之间的应力释放，形成包含铁电层和铁磁层的微型弹簧结构，铁电层设置在铁磁层内侧。随着铁电性和铁磁性厚度的变化，弹簧的弹性系数将发生变化。在一定的弹度限制内，也有类似弹簧的虎克定律。当施加拉力或压力，释放拉力或压力后，微型弹簧可恢复至原来的形状。对弹簧上的铁电层施加电场后，由于压电效应和磁电耦合效应，弹簧的形状和磁性可随电场调节。对弹簧施加磁场后，由于磁致伸缩效应和磁电耦合效应，弹簧的形状和表面电荷会随磁场发生变化，可用于磁场传感。

Description

一种磁电弹簧结构及其制备方法
技术领域
本发明属于电磁结构技术领域，特别涉及一种磁电弹簧结构及其制备方法。
背景技术
磁电异质结是一种由铁磁和铁电材料通过连接层耦合而成，其磁电效应来源于铁电相的压电效应和铁磁相的磁致伸缩效应。相对于颗粒混相磁电复合材料，层状磁电异质结材料具有更高的磁电耦合系数和更低的介电损耗，使得其在磁场传感器、能量收集器、天线以及存储器等领域都有着巨大的应用前景。目前大量报道的弹簧大部分为钢制材料(不锈钢，合金钢等)，线径可以达到五十微米左右，外径可以只达二百微米，是因为受到弹簧机器的精密度和复杂的生产工艺的限制。同时由于钢制材料仅有的弹性，强度，耐腐蚀性等特点，使其弹簧功能单一，没有磁电效应，铁电功能等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁电弹簧结构及其制备方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种磁电弹簧结构，包括铁电层和铁磁层，铁电层和铁磁层均为弹簧结构，铁电层设置在铁磁层内侧。
进一步的，铁磁层厚度为30-60nm；铁电层厚度为5～100nm。
进一步的，一种磁电弹簧结构的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将基片分别放置在丙酮，酒精，水中超声清洗5-10min；
步骤2，采用激光脉冲沉积的方法，在基片上生长一层铝酸锶缓冲层，其厚度为5～50nm；
步骤3，采用激光脉冲沉积的方法，在步骤2的缓冲层上继续生长铁电层，其厚度为30～100nm；
步骤4，采用激光脉冲沉积的方法，在步骤3的铁电层上继续生长铁磁层，其厚度为30-60nm；
步骤5，在铁磁层表面旋涂上一层光刻胶，其匀胶转数为3000-4000r；
步骤6，在烘箱中对所述结构进行烘烤，其烘烤时间为10-20min，烘烤温度为90℃-120℃；
步骤7，将步骤6的结构放置水中24-48h天，使钛酸锶基片/缓冲层与铁电层/铁磁层/光刻胶脱离；
步骤8，铁电层/铁磁层/光刻胶放置丙酮中1-2h，去除铁电层/铁磁层表面的光刻胶，形成磁电弹簧结构。
进一步的，步骤2中激光脉冲沉积条件为：在温度为680～750℃，氧压为20～30Pa，激光频率为3-5Hz，激光能量为20-25kV，沉积时间10-30min的条件下；
步骤3中光脉冲沉积条件为：在温度为650～750℃，氧压为10～30Pa，激光频率为2-5Hz，激光能量21-25kV，沉积时间10-30min的条件下；
步骤4中光脉冲沉积条件为：在温度为650～760℃，氧压为15～30Pa，激光频率为2-5Hz，激光能量21-25kV，沉积时间10-30min的条件下。
进一步的，基底为不同取向的单晶衬底SrTiO3。
进一步的，步骤3中，铁电层为基于钛酸钡、铁酸铋或锆钛酸铅体系的铁电薄膜材料。
进一步的，步骤4中，铁磁层为基于镍铁氧体、钴铁氧体或镧锶锰氧体系的铁磁薄膜材料。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明根据柔性转移的方法，制备了一种磁电弹簧结构。优点有：(1)弹簧外径为纳米级别，可达10-100nm，如果用于器件的话，可以有效减少器件的体积或者提高器件的集成度。(2)弹簧材料均为无机氧化物材料。比如铁磁层可以为镧锶锰氧，铁电层可以为钛酸钡。无机氧化物材料相比于钢制材料，具有极佳的铁电或铁磁功能，使其弹簧功能多样化，不单单具有弹簧弹性，进一步扩大其应用范围或领域。(3)弹簧结构是通过应力诱导形成的。基片/铝酸锶/铁电层/铁磁层/光刻胶经过水处理，铝酸锶与铁电层之间的化学键断裂，由于晶格匹配所产生的张(压)应力将会释放，最后铁电层/铁磁层/光刻胶经过丙酮处理，变成弹簧结构。与传统的微型弹簧相比，其制备工艺简单，环保，无污染，成品率高。(4)随着铁电层和铁磁层厚度的变化，弹簧的弹性系数将发生变化，利用这一特性，可以制作不同量程的高灵敏度微型弹簧，满足实际要求和扩大其应用领域。(5)对弹簧施加电场或磁场后，由于压电效应或磁致伸缩效应，弹簧会受到拉力或压力，从而实现对微型磁电弹簧机械形变的电场或磁场调控。
附图说明
图1是磁电弹簧结构形成流程图；
图2是磁电弹簧结构实物图；
图3是拉力测试实验图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1至图3，一种磁电弹簧结构，包括铁电层和铁磁层，铁电层和铁磁层均为弹簧结构，铁电层设置在铁磁层内侧；铁磁层为LSMO层，铁电层为钛酸钡BTO层。
镧锶锰氧LSMO层厚度为30-60nm；钛酸钡BTO层厚度为5～100nm。
一种磁电弹簧结构的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将基片分别放置在丙酮，酒精，水中超声清洗5-10min；
步骤2，采用激光脉冲沉积的方法，在基片上生长一层铝酸锶缓冲层，其厚度为5～50nm；
步骤3，采用激光脉冲沉积的方法，在步骤2的缓冲层上继续生长铁电层，其厚度为30～100nm；
步骤4，采用激光脉冲沉积的方法，在步骤3的铁电层上继续生长铁磁层，其厚度为30-60nm；
步骤5，在铁磁层表面旋涂上一层光刻胶，其匀胶转数为3000-4000r；
步骤6，在烘箱中对所述结构进行烘烤，其烘烤时间为10-20min，烘烤温度为90℃-120℃；
步骤7，将步骤6的结构放置水中24-48h，使钛酸锶基片/缓冲层与铁电层/铁磁层/光刻胶脱离；
步骤8，铁电层/铁磁层/光刻胶放置丙酮中1-2h，去除铁电层/铁磁层表面的光刻胶，形成磁电弹簧结构。
步骤2中激光脉冲沉积条件为：在温度为680～750℃，氧压为20～30Pa，激光频率为3-5Hz，激光能量为20-25kV，沉积时间10-30min的条件下；
步骤3中光脉冲沉积条件为：在温度为650～750℃，氧压为10～30Pa，激光频率为2-5Hz，激光能量21-25kV，沉积时间10-30min的条件下；
步骤4中光脉冲沉积条件为：在温度为650～760℃，氧压为15～30Pa，激光频率为2-5Hz，激光能量21-25kV，沉积时间10-30min的条件下。
基底为单晶衬底SrTiO3。
步骤3中，铁电层为基于钛酸钡、铁酸铋或锆钛酸铅体系的铁电薄膜材料。
步骤4中，铁磁层为基于镍铁氧体、钴铁氧体或镧锶锰氧体系的铁磁薄膜材料。
对弹簧上的铁电层施加电场后，由于压电效应，弹簧会受到拉力或压力，从而实现电场对微型磁电弹簧机械形变的调控。
对弹簧施加磁场后，由于磁致伸缩效应，弹簧会受到拉力或压力，从而实现磁场对微型磁电弹簧机械形变的调控。
对弹簧上的铁电层施加电场后，由于磁电耦合效应，弹簧的磁性可随电场调节。
对弹簧施加磁场后，由于磁电耦合效应，弹簧的表面电荷会发生变化，可用于磁场传感。
实施例：
磁电弹簧结构成成分BTO(20nm)/LSMO(50nm)
步骤1，将基片分别放置在丙酮，酒精，水中超声清洗5-10min。
步骤2，采用激光脉冲沉积的方法，在温度为700～750℃，氧压为20～30Pa，激光频率为3-5Hz，激光能量为20-25kV，沉积时间20-30min的条件下，在基片上生长一层铝酸锶缓冲层，其厚度为30nm
步骤3，采用激光脉冲沉积的方法，在温度为680～720℃，氧压为20～30Pa，激光频率为2-5Hz，激光能量21-25kV，沉积时间20-30min的条件下,在步骤2的缓冲层上继续生长钛酸钡BTO，其厚度为20nm
步骤4，采用激光脉冲沉积的方法，在温度为680～710℃，氧压为20～30Pa，激光频率为2-5Hz，激光能量21-25kV，沉积时间15-20min的条件下,在步骤3的BTO继续生长LSMO，其厚度为50nm
步骤5，在铁磁层表面旋涂上一层光刻胶，其匀胶转数为3000-4000r。
步骤6，在烘箱中对所述结构进行烘烤，其烘烤时间为10-20min，烘烤温度为90℃-120℃
步骤7，将步骤6的结构放置水中大约1-2天，使钛酸锶基片/缓冲层与铁电层/铁磁层/光刻胶脱离。
步骤8，铁电层/铁磁层/光刻胶放置丙酮中大约1-2h，去除铁电层/铁磁层表面的光刻胶，可形成磁电弹簧结构。

Claims (7)

1.一种磁电弹簧结构，其特征在于，包括铁电层和铁磁层，铁电层和铁磁层均为弹簧结构，铁电层设置在铁磁层内侧。
2.根据权利要求1所述的一种磁电弹簧结构，其特征在于，铁磁层厚度为30-60nm；铁电层厚度为5～100nm。
3.一种磁电弹簧结构的制备方法，其特征在于，基于权利要求1至2任意一项所述的一种磁电弹簧结构，包括以下步骤：
步骤1，将基片分别放置在丙酮，酒精，水中超声清洗5-10min；
步骤2，采用激光脉冲沉积的方法，在基片上生长一层铝酸锶缓冲层，其厚度为5～50nm；
步骤3，采用激光脉冲沉积的方法，在步骤2的缓冲层上继续生长铁电层，其厚度为30～100nm；
步骤4，采用激光脉冲沉积的方法，在步骤3的铁电层上继续生长铁磁层，其厚度为30-60nm；
步骤5，在铁磁层表面旋涂上一层光刻胶，其匀胶转数为3000-4000r；
步骤6，在烘箱中对所述结构进行烘烤，其烘烤时间为10-20min，烘烤温度为90℃-120℃；
步骤7，将步骤6的结构放置水中24-48h，使钛酸锶基片/缓冲层与铁电层/铁磁层/光刻胶脱离；
步骤8，铁电层/铁磁层/光刻胶放置丙酮中1-2h，去除铁电层/铁磁层表面的光刻胶，形成磁电弹簧结构。
4.根据权利要求3所述的一种磁电弹簧结构的制备方法，其特征在于，步骤2中激光脉冲沉积条件为：在温度为680～750℃，氧压为20～30Pa，激光频率为3-5Hz，激光能量为20-25kV，沉积时间10-30min的条件下；
步骤3中光脉冲沉积条件为：在温度为650～750℃，氧压为10～30Pa，激光频率为2-5Hz，激光能量21-25kV，沉积时间10-30min的条件下；
步骤4中光脉冲沉积条件为：在温度为650～760℃，氧压为15～30Pa，激光频率为2-5Hz，激光能量21-25kV，沉积时间10-30min的条件下。
5.根据权利要求3所述的一种磁电弹簧结构的制备方法，其特征在于，基底为不同取向的单晶衬底SrTiO3。
6.根据权利要求3所述的一磁电弹簧结构的制备方法，其特征在于，步骤3中，铁电层为基于钛酸钡、铁酸铋或锆钛酸铅体系的铁电薄膜材料。
7.根据权利要求3所述的一种磁电弹簧结构的制备方法，其特征在于，步骤4中，铁磁层为基于镍铁氧体、钴铁氧体或镧锶锰氧体系的铁磁薄膜材料。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112067173A (zh) * 2020-09-29 2020-12-11 刘翡琼 一种螺旋形压力探测器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102071399A (zh) * 2011-02-23 2011-05-25 北京工业大学 全钙钛矿多铁性磁电复合薄膜及其制备方法
US20120177902A1 (en) * 2011-01-06 2012-07-12 Driscoll Judith L Multiferroics that are both ferroelectric and ferromagnetic at room temperature
CN108574043A (zh) * 2017-12-29 2018-09-25 西安电子科技大学 基于磁电复合薄膜的柔性磁场强度传感器
CN108986953A (zh) * 2018-07-04 2018-12-11 天津大学 磁电柔性连接材料及其制作方法、磁电柔性连接器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120177902A1 (en) * 2011-01-06 2012-07-12 Driscoll Judith L Multiferroics that are both ferroelectric and ferromagnetic at room temperature
CN102071399A (zh) * 2011-02-23 2011-05-25 北京工业大学 全钙钛矿多铁性磁电复合薄膜及其制备方法
CN108574043A (zh) * 2017-12-29 2018-09-25 西安电子科技大学 基于磁电复合薄膜的柔性磁场强度传感器
CN108986953A (zh) * 2018-07-04 2018-12-11 天津大学 磁电柔性连接材料及其制作方法、磁电柔性连接器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112067173A (zh) * 2020-09-29 2020-12-11 刘翡琼 一种螺旋形压力探测器

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