一種無(wú)模板電沉積SmCo納米線的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及離子液體電沉積工藝領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是一種無(wú)模板電沉積SmCo納米線的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]SmCo合金作為第一代和第二代永磁材料，因其較高的居里溫度、矯頑力和磁能積，具有重要的應(yīng)用價(jià)值，適用于微電子機(jī)械系統(tǒng)和高密度磁記錄材料。經(jīng)典的稀土永磁材料制取方法如粉末冶金、磁控濺射等方法具有成本高、工藝要求高的缺點(diǎn)。相比于以上方法，電化學(xué)沉積能夠控制形貌和成分，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，生產(chǎn)效率高。然而，由于Sm的標(biāo)準(zhǔn)電極電位較負(fù)，在水溶液中電沉積受限，只能夠通過(guò)熔鹽電沉積實(shí)現(xiàn)。通常，高溫熔鹽電沉積需要300°C以上的溫度，對(duì)實(shí)驗(yàn)條件要求苛刻，同時(shí)，高溫條件下很難得到納米級(jí)的沉積物。納米材料的直徑在Inm-lOOnm，具有小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)。納米級(jí)磁性材料由于尺寸較小從多疇變?yōu)閱萎牐蚨哂懈叱C頑力、大信噪比和強(qiáng)磁性，因而得到了更多的關(guān)注，低溫電沉積納米材料受到越來(lái)越多的關(guān)注。低溫熔鹽(離子液體)具有更寬的電化學(xué)窗口、良好的導(dǎo)電性、低的蒸汽壓和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)能夠應(yīng)用于電沉積金屬和研究，可以實(shí)現(xiàn)活潑金屬的電沉積。近年來(lái)使用離子液體電沉積金屬、合金的報(bào)道也越來(lái)越多。
[0003]V.Neu等采用脈沖激光沉積的方法制取了 SmCo薄膜和NbFeB薄膜，研究了稀土元素對(duì)結(jié)構(gòu)和磁性的影響，但是這種方法存在著成本高、效率低、組成不易控制等缺點(diǎn)。電沉積法成本較低，通過(guò)控制陰極電位和電流密度能夠很好得控制沉積物成分。J.P.Zhang等在水溶液體系中沉積出了納米級(jí)的SmCo顆粒薄膜，并研究了其磁性能，但是水溶液電沉積會(huì)有副反應(yīng)發(fā)生，電流效率低，產(chǎn)物不純等問(wèn)題。李加新等在低溫熔鹽中電沉積出了 SmCo合金薄膜，避免了副反應(yīng)的發(fā)生，并且分析了樣品退火前后的晶相和磁性能變化。與一般的磁性薄膜相比，規(guī)則排列的納米線具有更大的磁記錄面積，具有優(yōu)異的磁各向異性，適用于高密度磁記錄材料，人們對(duì)此進(jìn)行了大量的研究。P.-X.Yang等利用氧化鋁模板法，從Co-EMIC-乙二醇體系中電沉積出了Co納米線，但是，這種方法需要在實(shí)驗(yàn)前制取模板，實(shí)驗(yàn)后溶解模板。相比而言，無(wú)模板法電沉積簡(jiǎn)單，省時(shí)。Y.-T.Hs i eh等利用EMIC這種離子液體，直接電沉積出了 A1、Cu Sn、Fe Co Zn和Co等納米線。至今還未有無(wú)模板法直接電沉積SmCo納米線的報(bào)道，因此，尋求一種能夠直接電沉積SmCo合金的方法，解決SmCo納米線電沉積困難和模板法費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問(wèn)題勢(shì)在必行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)模板電沉積SmCo納米線的方法，有效解決了模板法費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問(wèn)題，大大簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)流程。SmCo納米線作為磁性材料，大的長(zhǎng)徑比能夠有效的提高磁記錄面積。
[0005]本發(fā)明的一種無(wú)模板電沉積SmCo納米線的方法可通過(guò)如下具體方式實(shí)現(xiàn):
[0006]一、電極前處理，利用三電極體系進(jìn)行沉積實(shí)驗(yàn)，以鎢、鉬、鐵、貴金屬鉑和金等做工作電極，鈷片或者石墨作為對(duì)電極，Co2VCo電極為參比電極，其組成為鈷絲浸入含有40:60mol%CoCl2-EMIC離子液體的多孔玻璃管內(nèi)。使用前，所有電極需要用逐細(xì)的砂紙打磨至鏡面，石墨、鈷片與鈷絲用丙酮超聲20min洗去有機(jī)物，再用去離子水清洗烘干備用。工作電極要先用2M硝酸(HNO3)溶液超聲20min洗去氧化物，再用丙酮超聲20min洗去有機(jī)物，最后用去離子水清洗后烘干備用。將所有電極組裝成電解池后放入手套箱內(nèi)；
[0007]二、配制電解液，在手套箱中按照一定摩爾比稱取SmCl3XoCl2和EMIC，混合均勻后，以0.5°C/min的速度加熱，在120°C下保溫2h除去水分，攪拌均勻后即可得到藍(lán)色離子液體 SmCh-CoCh-EMIC;
[0008]三、電化學(xué)測(cè)試，設(shè)置參數(shù)對(duì)不同的離子液體進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試，以確定Co和Sm的沉積電位，掃描范圍為0.6V?-1.3V，掃描速度50mVs—1，如圖2所示，圖2中出現(xiàn)了三個(gè)還原峰
B、C、D。在電位為-0.5V的峰B與峰A類似，代表了Co的還原。峰C和峰D出現(xiàn)在-0.85V，代表了SmCo共沉積；
[0009]四、SmCo合金電沉積，在電沉積時(shí)，我們將沉積電位設(shè)定在-0.4V?-1.0V，沉積時(shí)間設(shè)為10s?5000s，溫度范圍為70?150°C。沉積結(jié)束后，將工作電極，先在乙腈中清洗三次，除去離子液體，再用丙酮洗去乙腈，然后放在手套箱中晾干。
[0010]五、SmCo納米線磁性能測(cè)試，測(cè)試納米線的磁滯曲線，具有明顯的磁各向異性。
[0011 ]本發(fā)明的第一方面，提供一種無(wú)模板電沉積SmCo納米線的方法，具體步驟如下:
[0012]A、采用三電極體系，以鎢、鉬、鐵、貴金屬鉑或金等做工作電極，鈷片或者石墨作為對(duì)電極，Co2VCo電極為參比電極，其組成為鈷絲浸入含有40:60mol % CoCI2-EMIC離子液體的多孔玻璃管內(nèi)；工作電極在使用之前，需要用各級(jí)砂紙打磨到鏡面，采用2M硝酸溶液超聲清洗去除氧化膜，之后采用去離子水清洗電極后烘干;所有電極在丙酮中超聲清洗去除有機(jī)物；
[0013]B、離子液體的配制:在氬氣氣氛中的手套箱中，向1-乙基-3-甲基氯化咪唑(EMIC)中加入SmCl3和CoCl2，加熱攪拌，得到混合均勻的藍(lán)色新離子液體SmCl3-CoCl2-EMIC，SmCl3的摩爾百分比為1.00-6.00%, CoCl2的摩爾百分比為30.00-60.00 %，EMIC的摩爾百分比為
34.00-69.00%；優(yōu)選按照1.67:60:60的摩爾比稱取SmCl3、CoCl2和EMIC，混合制備離子液體；
[0014]C、在步驟B中的SmCl3-CoCl2-EMIC離子液體中進(jìn)行恒電位沉積，沉積電位-0.4V?-
1.0V(優(yōu)選-0.68V，以保證合適的消耗速度)，時(shí)間10s?5000s (優(yōu)選1200s，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，納米線長(zhǎng)度增加，可根據(jù)所需長(zhǎng)度調(diào)整)，溫度范圍為70?150°C(優(yōu)選120°C);
[0015]D、電沉積結(jié)束后，對(duì)步驟C中的工作電極先用乙腈清洗三次，洗掉離子液體，再用丙酮清洗去除乙腈溶液，晾干得到固體產(chǎn)物；
[0016]E、干燥:烘干步驟D中洗滌得到的固體產(chǎn)物，即為SmCo納米線。
[0017]F、磁性能測(cè)試，對(duì)納米線進(jìn)行磁滯曲線測(cè)試，具有明顯的磁各向異性。
[0018]所述的制備得到的SmCo納米線呈黑色，直徑在50?lOOnm，長(zhǎng)度在5μπι?30μπι。工作電極(WE)為性質(zhì)穩(wěn)定的鎢片，對(duì)電極(CE)為不會(huì)引入其他雜質(zhì)離子的鈷片。
[0019]步驟B中配制SmCl3-C0Cl2-EMIC離子液體時(shí)，常溫下稱取，混合均勻，逐步升溫，在120 °C下保溫2h除去水分。
[0020]步驟A中所述的電極純度為99.0%。
[0021]步驟A中所述的參比電極內(nèi)離子液體與外界離子液體成分相近，能夠保持穩(wěn)定的參比電極電位。
[0022]步驟B中所述的手套箱內(nèi)，02<lppm，H20<lppm。
[0023]本發(fā)明的第二方面，提供一種采用上述任一的方法制備得到的SmCo納米線，所述的SmCo納米線呈黑色，直徑在50?100]1111，長(zhǎng)度在541]1?3(^1]1。
[0024]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于:
[0025]1、離子液體電沉積純度高，沒(méi)有副反應(yīng)發(fā)生。
[0026]離子液體電化學(xué)窗口大，電導(dǎo)率高，蒸汽壓幾乎可以忽略，以及電沉積時(shí)熱穩(wěn)定性好，電沉積過(guò)程簡(jiǎn)單，所得到的合金中不含有其他雜質(zhì)，電流效率高。
[0027]2、操作簡(jiǎn)單省時(shí)，工作效率高。
[0028]本方法不使用模板，直接恒電位沉積得到納米線，節(jié)省了制作模板和溶解模板的過(guò)程，簡(jiǎn)單方便，極大地提高了工作效率。
[0029]3、合金的形貌和成分可控。
[0030]在離子液體進(jìn)行電沉積時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)電解液的成分、沉積電位、沉積時(shí)間和溫度等工藝參數(shù)可以控制產(chǎn)物的組成和合金的形貌。
[0031 ] 4、SmCo納米線較