[发明专利]一种纳米晶高熵氧化物薄膜的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种纳米晶高熵氧化物薄膜的制备方法及应用，制备方法包括以下步骤：先称取纯度高于99.90％的金属氧化物粉末混合物装入模具，再冷压成型，制成直径60mm，厚度5mm的圆柱体压坯；将所述圆柱体压坯高温煅烧后缓慢冷却至室温，得到混合氧化物靶；将单晶硅(100)基底材料依次利用酒精、丙酮、去离子水超声清洗5min；在真空条件下多靶磁控溅射所述混合氧化物靶和所述单晶硅(100)基底材料，真空度为2.0×10^‑4Pa；多靶磁控溅射完成后，真空室温度冷却至常温后将溅射完成的薄膜取出，即得到纳米晶高熵氧化物薄膜；该纳米晶高熵氧化物薄膜具有较强的铁磁性和较大的饱和磁化强度。

技术领域

本发明属于磁性薄膜制备技术领域，具体涉及一种纳米晶高熵氧化物薄膜的制备方法及纳米晶高熵氧化物薄膜的应用。

背景技术

铁氧体磁性薄膜是由铁族元素和其他一种或多种金属元素组成的复合型氧化物磁性薄膜。与金属及合金磁性薄膜相比，铁氧体材料具有更高的电阻率，可以抑制高频下存在的趋肤效应，适用于高频和超高频交变磁场，是微波通讯领域不可或缺的材料。尤其，铁氧体薄膜的介电常数较大，广范应用于各种电感原件、电讯器件中的磁铁、各种微波器件、电子设备、电子计算机的存储器磁芯及自动控制器件等方面。然而，常见铁氧体磁性薄膜由于其晶胞中不同位置的两种离子磁矩排列方向相反，大小不等，产生自发磁化现象而呈现出亚铁磁性。

高熵氧化物继承了高熵合金微观结构、“四大效应”和新颖的组成成分，越来越受到广泛的关注。高熵氧化物不但具有高温结构稳定性以及潜在的高强度、良好的延展性和耐腐蚀性能等，而且展现出了良好的功能性，如较大的介电常数、高离子导率、高锂离子容量、良好的催化作用和热性能等，这些优异的性能将使其成为集多种优点于一身的功能材料。更重要的是高熵氧化物常含有磁性离子，因此可以预测，高熵氧化物极有可能具有良好的磁性能，这将使其成为微电子领域、光催化，医学领域等的候选材料。

然而，目前只对钙钛矿结构的高熵氧化物和只含有3d轨道电子数大于5的过渡金属阳离子的岩盐结构高熵氧化物的磁性做了初步的研究，尽管这些结构的高熵氧化物有大量的铁磁性元素，可是实验结果发现其呈反铁磁性和自旋玻璃态，也就是说，在常温下没有铁磁性。虽然，最近有研究报道尖晶石型高熵氧化物(CoCrFeMnNi)₃O₄具有室温磁性，然而，尖晶石结构的氧化物均为亚铁磁性。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种纳米晶高熵氧化物薄膜，该纳米晶高熵氧化物薄膜同时含有3d电子数目小于5和3d电子数等于或大于5的过渡金属阳离子的岩盐结构，使得该纳米晶高熵氧化物薄膜在常温下具有铁磁性，且该铁磁性为三价的铁的铁磁性；

本发明所采用的技术方案为：一种纳米晶高熵氧化物薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：先称取纯度高于99.90％的金属氧化物粉末混合物装入模具，再冷压成型，制成直径60mm，厚度5mm的圆柱体压坯；

步骤S2：将所述圆柱体压坯高温煅烧后缓慢冷却至室温，得到混合氧化物靶；

步骤S3：将单晶硅(100)基底材料依次利用酒精、丙酮、去离子水超声清洗5min；

步骤S4：在真空条件下多靶磁控溅射所述混合氧化物靶和所述单晶硅(100)基底材料，真空度为2.0×10^-4Pa；

步骤S5：多靶磁控溅射完成后，真空室温度冷却至常温后将溅射完成的薄膜取出，即得到纳米晶高熵氧化物薄膜。

进一步限定，所述步骤S4具体包括如下步骤：

步骤S4-1：预溅射氧化物靶20min，溅射功率50W，溅射时通入惰性气体，惰性气体的气压为0.5～1Pa；