專利名稱：鐵－鈷合金納米線陣列高密度垂直磁記錄材料及制備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鐵-鈷合金納米線陣列高密度垂直磁記錄材料的組成和制備方法。
磁記錄的記錄方式主要有水平記錄方式和垂直記錄方式。目前，廣泛采用水平記錄方式。由于水平記錄方式存在剩磁分布引起的退磁場，隨著記錄密度的提高退磁場增大，記錄密度難以繼續(xù)大幅度提高。采用水平記錄方式，磁記錄密度難以突破100Gbit/in2。垂直記錄方式是沿著介質厚度方向磁化，磁化強度的取向垂直于薄膜平面。隨著記錄密度的提高退磁場反而減小。因此垂直記錄方式非常適合高密度，特別是超高密度的磁記錄。但要實現垂直磁記錄，需要改變現用的磁記錄系統(tǒng)和發(fā)展垂直膜面的高密度或超高密度的磁記錄介質。隨著計算機、多媒體及信息高速公路的發(fā)展對磁記錄材料存儲密度和信噪比要求的不斷提高，垂直磁記錄技術的研究已引起人們的高度重視。在氧化鋁納米有序孔洞模板中電化學沉積磁性納米線是制備垂直磁記錄材料的一種有效方法。
中國專利申請00112370公開了一種納米有序孔洞模板的制備方法，在金屬鋁、鋁合金或單晶鋁的表面首先生成一個大面積有序圖案，再用陽極氧化方法，在鋁或鋁合金上生成大面積的有序納米孔洞模板。單晶鋁作基底，直接陽極氧化。本發(fā)明可以產生高密度大面積六角對稱有序的長孔洞的納米孔洞模板，用作有序磁記錄介質時，記錄密度可以達到很高的程度，但未進一步就磁記錄介質材料作討論。
由于納米線有天然的形狀各向異性，其易磁化方向一般都沿著納米線，很容易得到垂直于膜面方向的磁化。目前國內外對磁性納米線的研究主要集中在金屬Fe和Co上，但制備出的磁性納米線陣列垂直模面方向磁學性能較低，如垂直膜面的矯頑力低于2.4kOe。另外，金屬Co飽和磁化強度低，金屬Fe抗氧化能力差，也不利于做高密度磁記錄介質。
根據Slater-Pauling曲線，鐵鈷合金的飽和磁化強度Ms隨鈷原子增加而增加，在鈷原子約為30％時磁化強度最大，然后隨鈷的增加而減小。一般來說，磁晶各向異性的作用使矯頑力Hc與飽和磁化強度Ms成反比，而形狀各向異性使矯頑力Hc與Ms成正比，對金屬鐵、鈷和鐵鈷合金，一般情形下磁晶各向異性產生的矯頑力為100Oe-1000Oe，而對線狀樣品，當長徑比大于20時，退磁因子N∥和N⊥均已基本不變，樣品可視為無限長，此時形狀各向異性產生矯頑力要大得多。矯頑力與Ms成正比，當鈷的含量從0％增加到約30％時，Ms增加，Hc也隨之增長。這說明有可能利用形狀各向異性尋找既具有高飽和磁化強度又具有高矯頑力的磁記錄介質。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種高性能的在納米有序孔洞模板中的高密度垂直磁記錄材料及其制備方法，進一步提高磁記錄的性能，從而發(fā)展磁記錄性能優(yōu)良、抗氧化性能好的、高密度垂直磁記錄材料。本發(fā)明的目的尤其是提供一種在氧化鋁納米孔洞模板中電化學沉積鐵鈷納米線陣列和隨后退火制造高性能磁記錄材料的方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現的利用電化學陽極氧化的方法制備氧化鋁納米孔洞模板，用電化學沉積鐵鈷合金納米線陣列作為高密度垂直磁記錄材料，鐵-鈷合金納米線陣列高密度垂直磁記錄材料，具有如下組成的合金CoxFe1-x(10≤x≤60)。其制備方法是先以電化學沉積方法將鐵鈷合金納米線陣列沉積在氧化鋁納米孔洞模板內，然后在300-600℃低溫(低于600℃)條件下退火，得到高性能的鐵鈷合金納米線陣列磁記錄材料。
本發(fā)明的特點是利用電化學陽極氧化的方法制備氧化鋁納米孔洞模板，用電化學沉積鐵鈷合金納米線陣列和低溫退火的方法，獲得了高性能的鐵鈷合金納米線陣列垂直磁記錄材料。尤其是在鈷的含量為30％～35％，納米線直徑為8nm～12nm時，納米線有序陣列可獲得大的垂直膜面的矯頑力，Hc(⊥)＝2.7kOe～2.9kOe，在300℃～600℃退火后，矯頑力Hc增加到3.3kOe～3.5kOe。
用X射線衍射儀分析相結構。采用振動樣品磁強計測定磁學性能。掃描電鏡進行納米線成分分析，透射電鏡進行納米線形貌觀察。作為例子，Fe69Co31合金納米線陣列測量結果如圖所示。
四

圖1為Fe69Co31合金納米線陣列的X射線衍射譜，(a)電沉積態(tài)，(b)電沉積后在500℃退火15分鐘。
圖2溶解掉氧化鋁后Fe69Co31合金納米線的透射電鏡照片，納米線直徑約為10nm。
圖3Fe69Co31合金納米線陣列在500℃退火15分鐘后的磁滯回線，(a)磁場垂直膜面，其矯頑力和剩磁比為垂直膜面的矯頑力和垂直膜面的剩磁比，(b)磁場平行膜面，其矯頑力和剩磁比為平行膜面的矯頑力和平行膜面的剩磁比。
五具體實施例方式
以下結合附圖并通過實施例對本發(fā)明作進一步說明鐵-鈷合金CoxFe1-x(10≤x≤60)配方有一定范圍，以下述方法制造用電化學陽極氧化的方法制備氧化鋁納米孔洞模板，電解液為0.3-0.5M的硫酸水溶液，電壓為15V～27V。用納米孔洞的氧化鋁作為模板，電沉積溶液為含鐵離子和鈷離子的水溶液，通過交流電化學沉積獲得CoxFe1-x(10≤x≤60)合金納米線陣列，隨后退火。電沉積溶液為含鐵離子和鈷離子的硫酸水溶液，鐵和鈷的酸鹽(硫酸鹽、硝酸鹽等)在酸液中溶解，鐵-鈷合金CoxFe1-x(10≤x≤60)配方通過鐵和鈷的酸鹽的摩爾比來實現，實際上合金組成會略有變化。均在室溫條件或略為加溫均可。然后在低溫(低于600℃)退火鐵-鈷合金納米線陣列，獲得高性能的鐵鈷合金納米線陣列磁記錄材料。現有技術可以提供不同的納米孔洞的氧化鋁模板，納米孔洞的直徑不同得到的納米線直徑亦不同，當然與電化學過程的時間亦有差別，一般取納米線直徑在8nm～30nm較優(yōu)。
Co10Fe90電壓為15-27V，在400℃溫度下退火十分鐘；Co20Fe80電壓為15-27V，在450℃溫度下退火0.2小時；Co30Fe70電壓為15-27V，在320℃溫度下退火1小時；Co50Fe50電壓為15-27V，在500℃溫度下退火0.3小時；Co60Fe40電壓為15-27V，在600℃溫度下退火2小時；以上均得到納米線陣列垂直膜面的高密度垂直磁記錄材料，其矯頑力的變化與Slater-Pauling曲線中鐵鈷合金的飽和磁化強度變化一致。
以設計Co30Fe70實際得到Co31Fe69電壓為20V，在450℃溫度下退火2小時為例討論(1)晶體結構和微結構鐵-鈷合金CoxFe1-x(20≤x≤60)具有體心立方結構，平行納米線方向具有<110>織構。納米線直徑在8nm～30nm可調，長度可高達10μm以上。鐵-鈷合金有序納米線陣列中納米線間距在40nm～60nm間可調，如果每一根納米線作為一個記錄點，記錄密度可達200Gbit/in2以上。磁性(i)納米線直徑在8nm～30nm范圍的有序陣列，易磁化方向垂直膜面(即平行納米線)，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)對于相同直徑的鐵鈷合金納米線，其垂直膜面的矯頑力Hc隨鈷含量增加增大，在鈷含量約為30％時，達到最大，繼續(xù)增加鈷的含量，矯頑力減小。納米線陣列垂直膜面的矯頑力的變化與Slater-Pauling曲線中鐵鈷合金的飽和磁化強度變化一致。這說明可以利用形狀各向異性尋找既具有高Ms又具有高Hc的磁記錄介質。(iii)在鈷的含量為30％～35％，即30≤x≤35為佳，納米線直徑為8nm～12nm時，納米線有序陣列可獲得大的垂直膜面的矯頑力，Hc(⊥)＝2.7kOe～2.9kOe，在300℃～600℃退火半小時后，矯頑力Hc增加到3.3kOe～3.5kOe。
權利要求
1.鐵-鈷合金納米線陣列高密度垂直磁記錄材料，其特征是在電化學陽極氧化氧化鋁納米孔洞模板，設有電化學沉積的鐵鈷合金納米線陣列，鐵-鈷合金組成的合金CoxFe1-x(10≤x≤60)。
2.由權利要求1所述的鐵-鈷合金納米線陣列高密度垂直磁記錄材料，其特征是x優(yōu)先取30≤x≤35。
3.鐵-鈷合金納米線陣列高密度垂直磁記錄材料的制備方法，其特征是先以電化學沉積方法將鐵鈷合金納米線陣列沉積在氧化鋁納米孔洞模板內，然后在300-600℃條件下退火，得到高性能的鐵鈷合金納米線陣列磁記錄材料。
4.由權利要求3所述的鐵-鈷合金納米線陣列高密度垂直磁記錄材料的制備方法，其特征是電解液為0.3-0.5M的硫酸水溶液，電壓為15V～27V。
5.由權利要求3所述的鐵-鈷合金納米線陣列高密度垂直磁記錄材料的制備方法，其特征是300-600℃條件下退火十分鐘至2小時。
全文摘要
鐵－鈷合金納米線陣列高密度垂直磁記錄材料，在電化學陽極氧化氧化鋁納米孔洞模板，設有電化學沉積的鐵鈷合金納米線陣列，鐵－鈷合金組成的合金Co
文檔編號C25D11/02GK1397932SQ0213803
公開日2003年2月19日 申請日期2002年7月29日 優(yōu)先權日2002年7月29日
發(fā)明者唐少龍, 陳薇, 都有為 申請人:南京大學