[发明专利]一种具有弯曲稳定性的LiFe5O8纳米柱阵列薄膜及其制备方法

说明书

本发明涉及纳米结构薄膜材料领域，涉及一种具有弯曲稳定性的LiFe₅O₈纳米柱阵列薄膜及其制备方法，包括以下步骤：采用脉冲激光沉积技术在基片上进行陶瓷靶材外延复合纳米薄膜的生长；所述陶瓷靶材为LiFe₅O₈:MgO陶瓷靶材；生长结束后，进行退火处理，最后降至室温，得到LF₁M_X复合纳米薄膜，其中LF₁M_X表示(LiFe₅O₈)₁:(MgO)_X，_X的数值范围是2～4；将LF₁M_X复合纳米薄膜中的MgO相去除，得到具有弯曲稳定性的LiFe₅O₈纳米柱阵列薄膜。本发明采用脉冲激光沉积技术和材料自成核现象，制得LF₁M_X复合纳米薄膜，通过去除LF₁M_X复合纳米薄膜中的MgO相，实现LiFe₅O₈纳米柱阵列的制备。本发明具有成本低，制备简单，同时获得形状规整的高质量纳米柱阵列的特点。

技术领域

本发明涉及纳米结构薄膜材料领域，具体涉及一种具有弯曲稳定性的LiFe₅O₈纳米柱阵列薄膜及其制备方法。

背景技术

LiFe₅O₈材料在这几十年来一直吸引着人们的研究兴趣，因为其在阴极材料，微波单片集成电路，回转器和隔离器等微波磁性器件的巨大潜在应用。同时，高居里温度，大电阻率，低涡流损耗，低矫顽力，优异的热稳定性和窄铁磁共振线宽使得LiFe₅O₈适合作为高频区域中更昂贵的钇铁石榴石的重要替代品。同时，随着柔性电子器件的快速发展，LiFe₅O₈材料在柔性基板上集成高质量的磁性纳米结构薄膜引起更加广泛的关注。对于磁性微波器件而言，弯曲状态可以明显地调节柔性材料的微波磁性能，这种性能的变化表现了在传感器和可调谐微波器件的应用潜力。铁磁共振可以实现对薄膜材料的磁性进行有效表征。并且，它是研究纳米结构静态和动态磁性的最有效的方法之一。传统平面薄膜材料已被用于研究传感器应用中的铁磁共振变化，这表明弯曲对材料的共振场会产生巨大影响。研究者认为薄膜的磁各向异性应该是磁性材料的共振场可以弯曲调谐的原因。对于大多数纳米结构材料，退磁场的能量可能对沿着不同方向施加的磁场产生巨大影响。如果材料沿不同方向具有几乎不变的铁磁共振光谱，则可能最大程度地降低材料的共振场对弯曲的依赖性。这为实现一种新型的，不受外部磁场施加方向影响的磁性微波器件提供了有效的思路。

根据广泛的研究表明，平面薄膜的退磁因子等于1，它的磁性性能对外部施加磁场有很高的敏感性。而对于纳米柱和纳米点阵列薄膜，它的退磁因子显著减小，并且退磁因子的数值受到纳米柱长度，直径，以及空间分布的影响。通过调整材料的退磁因子，可以实现调整材料的铁磁共振光谱中的各向异性，这似乎是一个非常有效的策略。特别是对于异常基板上的未来柔性电子器件，共振场的变化受到施加磁场和弯曲状态下的薄膜平面之间取向的影响。为了满足弯曲稳定性能的要求，希望使沿着所有磁场方向具有几乎弯曲不变的共振场的材料。纳米结构的磁各向同性特性对材料的微波磁性起着非常关键的作用。同时一维材料在柔性基材上制备的纳米阵列薄膜具有更好的拉伸强度。

为了实现未来对外部场调制柔性微波器件的设计，有望确保器件只能通过外部场调谐(例如，施加的电场或者光场)，而不受弯曲调制的柔性材料。这种有效的技术解决方案是使用基于纳米结构磁性材料的弯曲稳定性。然而，现有的纳米结构制备方法中，化学方法制备的纳米粒子，形状不规则，不能有效的实现对磁性材料不同方向性能的调谐。传统的光刻法和掩膜版法，可以非常好的实现规整纳米结构材料的制备，但是成本高，可实行性低。因此，寻找一种新型的，有效的，低成本的高质量纳米结构材料的制备方法，成为未来柔性电子器件发展的关键。

发明内容