CN1397932A - 铁－钴合金纳米线阵列高密度垂直磁记录材料及制备 - Google Patents
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Abstract
铁－钴合金纳米线阵列高密度垂直磁记录材料，在电化学阳极氧化氧化铝纳米孔洞模板，设有电化学沉积的铁钴合金纳米线阵列，铁－钴合金组成的合金CoxFe1－x(10≤x≤60)。制备方法是先以电化学沉积方法将铁钴合金纳米线阵列沉积在氧化铝纳米孔洞模板内，然后在300－600℃条件下退火，得到高性能的铁钴合金纳米线阵列磁记录材料。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种铁-钴合金纳米线阵列高密度垂直磁记录材料的组成和制备方法。
二、背景技术
磁记录可以记录一切可转换成电讯号的信息。磁记录介质具有记录密度高，稳定可靠，可反复使用，时间基准可改变，可记录的频率范围宽，信息写入后马上可读出，价格便宜等优点，已被广泛应用到广播电视、文化教育、电子计算机、军事技术和科学研究等领域。磁记录介质是应用面最广、用量最大的磁性材料之一。根据90年代末美国加洲大学圣地亚哥分校磁记录研究中心的报导，磁记录产品的年产值仅硅谷地区已超过五百亿美元。
磁记录的记录方式主要有水平记录方式和垂直记录方式。目前，广泛采用水平记录方式。由于水平记录方式存在剩磁分布引起的退磁场，随着记录密度的提高退磁场增大，记录密度难以继续大幅度提高。采用水平记录方式，磁记录密度难以突破100Gbit/in2。垂直记录方式是沿着介质厚度方向磁化，磁化强度的取向垂直于薄膜平面。随着记录密度的提高退磁场反而减小。因此垂直记录方式非常适合高密度，特别是超高密度的磁记录。但要实现垂直磁记录，需要改变现用的磁记录系统和发展垂直膜面的高密度或超高密度的磁记录介质。随着计算机、多媒体及信息高速公路的发展对磁记录材料存储密度和信噪比要求的不断提高，垂直磁记录技术的研究已引起人们的高度重视。在氧化铝纳米有序孔洞模板中电化学沉积磁性纳米线是制备垂直磁记录材料的一种有效方法。
中国专利申请00112370公开了一种纳米有序孔洞模板的制备方法，在金属铝、铝合金或单晶铝的表面首先生成一个大面积有序图案，再用阳极氧化方法，在铝或铝合金上生成大面积的有序纳米孔洞模板。单晶铝作基底，直接阳极氧化。本发明可以产生高密度大面积六角对称有序的长孔洞的纳米孔洞模板，用作有序磁记录介质时，记录密度可以达到很高的程度，但未进一步就磁记录介质材料作讨论。
由于纳米线有天然的形状各向异性，其易磁化方向一般都沿着纳米线，很容易得到垂直于膜面方向的磁化。目前国内外对磁性纳米线的研究主要集中在金属Fe和Co上，但制备出的磁性纳米线阵列垂直模面方向磁学性能较低，如垂直膜面的矫顽力低于2.4kOe。另外，金属Co饱和磁化强度低，金属Fe抗氧化能力差，也不利于做高密度磁记录介质。
根据Slater-Pauling曲线，铁钴合金的饱和磁化强度Ms随钴原子增加而增加，在钴原子约为30％时磁化强度最大，然后随钴的增加而减小。一般来说，磁晶各向异性的作用使矫顽力Hc与饱和磁化强度Ms成反比，而形状各向异性使矫顽力Hc与Ms成正比，对金属铁、钴和铁钴合金，一般情形下磁晶各向异性产生的矫顽力为100Oe-1000Oe，而对线状样品，当长径比大于20时，退磁因子N∥和N⊥均已基本不变，样品可视为无限长，此时形状各向异性产生矫顽力要大得多。矫顽力与Ms成正比，当钴的含量从0％增加到约30％时，Ms增加，Hc也随之增长。这说明有可能利用形状各向异性寻找既具有高饱和磁化强度又具有高矫顽力的磁记录介质。
三、发明内容
本发明的目的是：提供一种高性能的在纳米有序孔洞模板中的高密度垂直磁记录材料及其制备方法，进一步提高磁记录的性能，从而发展磁记录性能优良、抗氧化性能好的、高密度垂直磁记录材料。本发明的目的尤其是提供一种在氧化铝纳米孔洞模板中电化学沉积铁钴纳米线阵列和随后退火制造高性能磁记录材料的方法。
本发明的目的是这样实现的：利用电化学阳极氧化的方法制备氧化铝纳米孔洞模板，用电化学沉积铁钴合金纳米线阵列作为高密度垂直磁记录材料，铁-钴合金纳米线阵列高密度垂直磁记录材料，具有如下组成的合金CoxFe1-x(10≤x≤60)。其制备方法是：先以电化学沉积方法将铁钴合金纳米线阵列沉积在氧化铝纳米孔洞模板内，然后在300-600℃低温(低于600℃)条件下退火，得到高性能的铁钴合金纳米线阵列磁记录材料。
本发明的特点是：利用电化学阳极氧化的方法制备氧化铝纳米孔洞模板，用电化学沉积铁钴合金纳米线阵列和低温退火的方法，获得了高性能的铁钴合金纳米线阵列垂直磁记录材料。尤其是在钴的含量为30％～35％，纳米线直径为8nm～12nm时，纳米线有序阵列可获得大的垂直膜面的矫顽力，Hc(⊥)＝2.7kOe～2.9kOe，在300℃～600℃退火后，矫顽力Hc增加到3.3kOe～3.5kOe。
用X射线衍射仪分析相结构。采用振动样品磁强计测定磁学性能。扫描电镜进行纳米线成分分析，透射电镜进行纳米线形貌观察。作为例子，Fe69Co31合金纳米线阵列测量结果如图所示。
四、附图说明
图1为Fe69Co31合金纳米线阵列的X射线衍射谱，(a)电沉积态，(b)电沉积后在500℃退火15分钟。
图2溶解掉氧化铝后Fe69Co31合金纳米线的透射电镜照片，纳米线直径约为10nm。
图3Fe69Co31合金纳米线阵列在500℃退火15分钟后的磁滞回线，(a)磁场垂直膜面，其矫顽力和剩磁比为垂直膜面的矫顽力和垂直膜面的剩磁比，(b)磁场平行膜面，其矫顽力和剩磁比为平行膜面的矫顽力和平行膜面的剩磁比。
五、具体实施方式
以下结合附图并通过实施例对本发明作进一步说明：
铁-钴合金CoxFe1-x(10≤x≤60)配方有一定范围，以下述方法制造：用电化学阳极氧化的方法制备氧化铝纳米孔洞模板，电解液为0.3-0.5M的硫酸水溶液，电压为15V～27V。用纳米孔洞的氧化铝作为模板，电沉积溶液为含铁离子和钴离子的水溶液，通过交流电化学沉积获得CoxFe1-x(10≤x≤60)合金纳米线阵列，随后退火。电沉积溶液为含铁离子和钴离子的硫酸水溶液，铁和钴的酸盐(硫酸盐、硝酸盐等)在酸液中溶解，铁-钴合金CoxFe1-x(10≤x≤60)配方通过铁和钴的酸盐的摩尔比来实现，实际上合金组成会略有变化。均在室温条件或略为加温均可。然后在低温(低于600℃)退火铁-钴合金纳米线阵列，获得高性能的铁钴合金纳米线阵列磁记录材料。现有技术可以提供不同的纳米孔洞的氧化铝模板，纳米孔洞的直径不同得到的纳米线直径亦不同，当然与电化学过程的时间亦有差别，一般取纳米线直径在8nm～30nm较优。
Co10Fe90电压为15-27V，在400℃温度下退火十分钟；
Co20Fe80电压为15-27V，在450℃温度下退火0.2小时；
Co30Fe70电压为15-27V，在320℃温度下退火1小时；
Co50Fe50电压为15-27V，在500℃温度下退火0.3小时；
Co60Fe40电压为15-27V，在600℃温度下退火2小时；以上均得到纳米线阵列垂直膜面的高密度垂直磁记录材料，其矫顽力的变化与Slater-Pauling曲线中铁钴合金的饱和磁化强度变化一致。
以设计Co30Fe70实际得到Co31Fe69电压为20V，在450℃温度下退火2小时为例讨论：(1)晶体结构和微结构：铁-钴合金CoxFe1-x(20≤x≤60)具有体心立方结构，平行纳米线方向具有<110>织构。纳米线直径在8nm～30nm可调，长度可高达10μm以上。铁-钴合金有序纳米线阵列中纳米线间距在40nm～60nm间可调，如果每一根纳米线作为一个记录点，记录密度可达200Gbit/in2以上。磁性：(i)纳米线直径在8nm～30nm范围的有序阵列，易磁化方向垂直膜面(即平行纳米线)，垂直膜而方向的剩磁比高于90％以上，退火后剩磁比略有提高。(ii)对于相同直径的铁钴合金纳米线，其垂直膜面的矫顽力Hc随钴含量增加增大，在钴含量约为30％时，达到最大，继续增加钴的含量，矫顽力减小。纳米线阵列垂直膜面的矫顽力的变化与Slater-Pauling曲线中铁钴合金的饱和磁化强度变化一致。这说明可以利用形状各向异性寻找既具有高Ms又具有高Hc的磁记录介质。(iii)在钴的含量为30％～35％，即30≤x≤35为佳，纳米线直径为8nm～12nm时，纳米线有序阵列可获得大的垂直膜面的矫顽力，Hc(⊥)＝2.7kOe～2.9kOe，在300℃～600℃退火半小时后，矫顽力Hc增加到3.3kOe～3.5kOe。
Claims (5)
1、铁-钴合金纳米线阵列高密度垂直磁记录材料，其特征是在电化学阳极氧化氧化铝纳米孔洞模板，设有电化学沉积的铁钴合金纳米线阵列，铁-钴合金组成的合金CoxFe1-x(10≤x≤60)。
2、由权利要求1所述的铁-钴合金纳米线阵列高密度垂直磁记录材料，其特征是x优先取30≤x≤35。
3、铁-钴合金纳米线阵列高密度垂直磁记录材料的制备方法，其特征是先以电化学沉积方法将铁钴合金纳米线阵列沉积在氧化铝纳米孔洞模板内，然后在300-600℃条件下退火，得到高性能的铁钴合金纳米线阵列磁记录材料。
4、由权利要求3所述的铁-钴合金纳米线阵列高密度垂直磁记录材料的制备方法，其特征是电解液为0.3-0.5M的硫酸水溶液，电压为15V～27V。
5、由权利要求3所述的铁-钴合金纳米线阵列高密度垂直磁记录材料的制备方法，其特征是300-600℃条件下退火十分钟至2小时。
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