Ag掺杂对CoPt纳米颗粒结构和磁性的影响

刘 洋，张 霞，蒋晓娜，张小龙，姜雨虹

(吉林师范大学 物理学院，吉林 四平 136000)

0 引言

近年来由于科技的飞速发展，多种技术不断的发现、更新、改进，硬盘存储技术也在不断的面临新的挑战．由于磁存储的较高要求，使得磁存储向着高密度、小尺寸的方向发展[1-4]．然而，对于传统的磁介质材料而言，由小尺寸效应所引起的超顺磁性将使其热稳定性成为一个比较突出的问题．为了提高磁存储介质材料的热稳定性，必须采用具有超高磁晶各向异性能的材料作为磁记录介质．

经过高温的热处理工艺后得到的L10CoPt(即FCT结构)磁性纳米颗粒由于具有超高的单轴磁晶各向异性(约为4.9×107erg.cm-3)、高矫顽力、高居里温度以及稳定的物理化学特性，在磁存储领域引起了人们的广泛关注[5-6]．但是，由于对磁存储技术的较高要求，使得CoPt磁性纳米颗粒的性质不足以满足高密度小尺寸的需求．所以研究者们考虑利用非磁性物质(如Ag,Si3N4,Al2O3,SiO2,B2O3,BN,TiO2,B等)作为掺杂材料,以期望达到降低CoPt合金的相转变温度、增加磁性、减小晶粒尺寸的目的，是目前研究的热门课题[7-14]．

本文选用溶胶—凝胶法制备CoPt及Ag掺杂CoPt磁性纳米颗粒，并对两组样品的结构和磁性进行了对比研究，揭示了Ag掺杂对CoPt纳米颗粒性能的影响．该方法具有操作简单、可控性强、样品的合成温度较低、各组分混合均匀性较好等优点．

1 实验

制备样品所用主要试验试剂有：六水合氯铂酸(H2PtCl6·6H2O)、六水合硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)、一水合柠檬酸(C6H8O7·H2O)以及硝酸银(AgNO3)，上述药品纯度均为分析纯．具体实验步骤如下：按摩尔比为1∶1∶3称量氯铂酸、硝酸钴和柠檬酸作为反应原料，通过搅拌得到湿溶胶2 h，然后在其中1份中加入一定量的硝酸银，将加有硝酸银的湿溶胶放在搅拌台上继续搅拌0.5 h．待硝酸银完全溶解在湿溶胶中，再将未添加硝酸银的溶胶溶A和有硝酸银的溶胶B放入到干燥箱中干燥得到干溶胶，继续升温脱水膨化后即制备出样品的前驱体A和前驱体B， 将前驱体A和前驱体B放入管式炉中，并在氩气保护下进行700℃热处理2 h，得到样品A和样品B．

通过X射线衍射(D/max-2500，日本理学)、透射电子显微镜(JEM-2100HR,Japan)和振动样品磁强计 (Lake Shore 7407)分别对样品进行结构和磁性表征．

2 结果与讨论

为探究Ag掺杂对CoPt磁性纳米颗粒结构的影响，我们给出了样品A和B的XRD谱图(见图1)．测量结果表明：700 ℃退火温度时，样品A出现了(001)、(110)、(111)、(200)、(002)、(201)、(112)、(220)、(202)等面心四方(L10)相的衍射峰，对应标准卡片(JCPDS No.43-1358)，且没有任何杂峰出现．说明未掺杂Ag的样品A形成了稳定的面心四方结构．而掺杂Ag的样品B在经过同样的退火条件下出现了(100)、(110)、(111)、(200)、(002)、(201)、(112)、(220)、(202)等对应CoPt3面心立方(FCC)结构相的衍射峰，说明了样品B形成了CoPt3．此外，样品中未出现任何与Ag相关的衍射峰，说明Ag成功掺杂进入了CoPt磁性纳米粒子中．可见，Ag掺杂能够明显的影响CoPt的晶体结构，抑制了面心四方相CoPt的形成．通过对比样品A和B的XRD图谱，样品A和样品B都是多晶结构．两组样品的晶胞参数分别是a=3.806，c=3.699和a=3.831，c=3.668．另外，样品B的衍射峰明显强于样品A的衍射峰，且样品B的衍射峰比样品A的衍射峰宽化程度弱，这说明了样品B的颗粒尺寸明显大于样品A的颗粒尺寸．我们也利用谢乐公式计算了两组样品的晶粒尺寸，结果表明样品B的颗粒尺寸明显的大于样品A的颗粒尺寸．

图1 700℃热处理所得到CoPt样品A和Ag掺杂CoPt样品B的XRD谱图

图2a和b分别为样品A和样品B的高分辨TEM图片．从图中可以看出，样品A的晶面间距约为0.210 nm，对应着面心四方结构CoPt的(111)晶面，而样品B的晶面间距约为0.198 nm，对应着面心立方结构CoPt3的(200)晶面．可见，Ag掺杂改变了CoPt的晶体结构．这与前面XRD的分析结果相一致．

图2 700℃热处理所得到CoPt样品A和Ag掺杂CoPt样品B的高分辨TEM图片

为了进一步探究同一热处理过程下Ag掺杂对CoPt样品磁性的影响，我们利用VSM分别对样品A和B进行了磁性测量(见图3) .图3为同一热处理过程下未掺杂Ag样品A和掺杂Ag样品B的磁滞回线图．从图中可看出，同样的退火温度下，经过同样的热处理过程，样品A和样品B的磁性存在着较大的差异．尽管样品B的饱和磁化强度(MS)稍大于样品A的饱和磁化强度(MS)．但是样品A的矫顽力明显大于样品B的矫顽力．这可能与是样品A形成了具有硬磁特性的面心四方相有关．文献报道表明，Ag掺杂对CoPt合金的磁性能够起到促进的作用，但是本实验结果却与文献报道的结果不一致，这可能是与Ag掺杂抑制了L10相CoPt形成，提高了其有序化温度有关．

图3 700℃ 热处理所得到CoPt样品A和Ag掺杂CoPt样品B的磁滞回线图

3 结论

本文通过溶胶—凝胶的方法，经过同一热处理过程制备了L10相CoPt和Ag掺杂 CoPt磁性纳米颗粒．为了研究Ag掺杂对CoPt磁性纳米颗粒结构和磁性的影响，我们通过XRD、TEM和 VSM进行了对比化分析．XRD和HRTEM结果表明，样品A形成了稳定的L10相的CoPt合金，而样品B却形成了FCC结构的CoPt3相，并且样品B的晶粒尺寸大于样品A的晶粒尺寸．VSM测量结果表明，对CoPt纳米颗粒进行Ag掺杂后，样品的矫顽力明显减小．

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