[发明专利]柔性自支撑单晶磁性Fe3

说明书

本发明涉及柔性自支撑单晶磁性Fe₃O₄薄膜材料的制备方法、单晶磁性Fe₃O₄薄膜及其应用、单晶结构；制备方法包括如下步骤：选择晶面取向为(001)的STO基片；在STO基片上制备单晶SAO层；在单晶SAO层上制备单晶磁性Fe₃O₄薄膜，形成STO/SAO/Fe₃O₄单晶结构；将制得的STO/SAO/Fe₃O₄单晶结构浸泡于水中溶解单晶SAO层，STO基片与单晶磁性Fe₃O₄薄膜分离，制得柔性自支撑单晶磁性Fe₃O₄薄膜材料。柔性自支撑单晶磁性Fe₃O₄薄膜材料具有优异的柔性、自支撑特性，室温下饱和磁化强度大，在柔性自旋电子器件等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及磁性Fe₃O₄薄膜材料的技术领域，尤其是涉及柔性自支撑单晶磁性Fe₃O₄薄膜材料的制备方法、单晶磁性Fe₃O₄薄膜及其应用、单晶结构。

背景技术

随着科技的发展，近年来，诸如电子皮肤、智能织物、植入式医疗器械等柔性可穿戴电子器件受到日益广泛的关注，进而对可穿戴的柔性信息存储器件的需求也随之增加。目前常见的柔性信息储存材料大部分都基于有机聚合物材料，不过这些材料在应用的时候一直都存在的服役温度范围窄、体积大、响应速度慢、能耗高等问题，这些问题直到今天也大都未得到妥善解决。

磁性氧化物是地球上最丰富的资源之一，能够广泛应用于信息存储、信号探测、生物医药等领域，尤其是四氧化三铁(Fe₃O₄)，制备简单，铁元素来源广，室温下饱和磁化强度高，化学性质稳定，无毒无害且具有生物相容等优点，是应用最广泛的磁性材料之一。

因此，近些年，业界将柔性智能材料的关注点转移到了无机材料。但是目前通过化学法制备得到的四氧化三铁纳米颗粒存在颗粒易团聚，分散不均匀，使得磁性能上受到较大的影响，或者在硬性基片上制备四氧化三铁薄膜但也存在薄膜易受基片束缚的缺点，限制了磁性四氧化三铁的应用。

为了满足柔性可穿戴电子器件的要求，一方面是寻找可耐高温的柔性衬底来制备柔性无机单晶智能材料，例如云母衬底，人们已经有铁电材料、多铁纳米结构等存储用智能材料成功制备在云母衬底上的报道，不过基于云母片的柔性材料只可弯曲不能拉伸，存在局限性，此外基于云母片制备的无机单晶材料也存在固定取向的局限性；另一方面，结合化学刻蚀法和转移法，将刚性衬底上的智能材料剥离进而转移到柔性衬底上也可以实现单晶无机智能材料的柔性化，不过这种方法程序复杂，且腐蚀溶液常常对智能材料的性质有影响，无法完美保持刚性衬底上无机单晶材料的特性。

中国发明专利CN102227013B公开了一种自支撑多铁性复合薄膜的制备方法，方法采用由硅片层、中间层和厚度为纳米级的铂薄膜层组成的镀铂硅片；将镀铂硅片放入氢氟酸溶液，使镀铂硅片的中间层与氢氟酸反应被刻蚀，铂薄膜从硅片上脱离而漂浮在溶液表面；然后将铂薄膜转移到盛有去离子水的器皿中清洗；之后将铂薄膜平铺到由耐高温材料制成的基片上并干燥；最后在铂薄膜上依次沉积铁电层薄膜和铁磁层薄膜。上述方案就需要使用氢氟酸进行刻蚀，且无法形成无机单晶智能材料。