强磁场下真空蒸发Zn薄膜晶粒细化研究

2009-11-11 任树洋 上海大学材料科学与工程学院

  其他类物质基本都是有永磁铁的,电场对素材的磁做用已是为素材有效实验中的一位焦点,高并发展成一位新的科室———磁做用有效实验(Magneto-Science)。强电场对素材有过强的趋向做用使其不仅仅对素材的相变和晶界迁徙有危害,还对素材的固化操作的进程有巨大的危害。Yasuda等出现电场对铁永磁铁的Bi-Mn铝合金属有趋向做用, Sugiya-ma等也出现非铁永磁铁素材在电场下固化结构有良好 的定向就业排列成这种症状。晋芳伟等在实验Al-18Si 铝合金属固化操作的进程中初生硅在等度电场中的迁徙时,还出现了初生硅的精细化这种症状。仍然贴膜衍生和固化操作的进程有巨大的形似性,强电场下贴膜衍生实验也激发了实验者的感兴趣。Tahashi等适用激光手术沉淀积累状准备贴膜,出现在12T强电场中转为的弱永磁铁的Zn和Bi贴膜有清晰的趋向,另外强电场还对有所差异衬底上沉淀积累状贴膜的外表形貌有危害。温燕玲对强电场使用无机化学上方式准备的Ni-Fe贴膜开始了实验,出现12T电场下准备的贴膜晶体尤为狗细小。两步来完成防氧化法准备ZnO贴膜要第一方面在基片上准备Zn贴膜,著者分別在1T,2T和3T强电场使用电阻功率热处理真空箱沉淀积累状准备了一模一样板材厚度的Zn贴膜,并对贴膜开始了XRD和SEM实验。

1  实验装置

  实验装置如图1所示,真空蒸发装置放置在超导强磁场最强处。强磁体是英国牛津公司生产的超导强磁场装置,采用液氦和液氮联合冷却方式,磁场最高可调至12T。磁场方向为竖直向上方向,垂直于基片表面。采用钨合金电阻片加热方式沉积,为了保证实验的重复性,对比实验均采用相同的电阻片,直流电源电流可控制在10mA量级。沉积材料采用分析纯的Zn粉。真空抽气装置采用机械泵分子泵组合方式,实验控制真空度在1.33 ×10-3Pa 。基片采用载玻片,基片温度为300K。

实验装置示意图

图1  实验所部件提示图   保护膜表面能形貌定量分析选用J EOL-840A阅读测试探针光学显微镜(SPM)。保护膜认知定量分析是动用丹麦帕纳科平台生产方式的X’Pert Pro Xx放射性元素衍射装置设备,Xx放射性元素电流电压为40kV,选用2θ/θ连动联续阅读方式,起点维度为30°,中断维度为60°,阅读步长为0.02°。

2  结果与讨论

  有所差异对无人体磁体强度和有所差异强人体磁体强度下制作的尺寸为1μm的Znpe膜钢材拉伸试验参与了XRD衍射深入分析,XRD衍射图谱在图2 中求出,a图为0人体磁体强度下制作的钢材拉伸试验图谱,b,c,d图有所差异为1T,2T和3T人体磁体强度下制作钢材拉伸试验的最终。尺寸是利用SEM 可以直接观察动物剖面拥有的。制作的钢材拉伸试验(002) 面上方的衍射峰史上最厉害,而(100)和(101)则很弱,Zn的标准规范PDF卡上史上最厉害峰为(101) 趋势。给予人体磁体强度和无人体磁体强度的样品英文全部都是沿(002)认知的,该趋势的认知系数按计数公式(1)计算的

  式中I (002) 为(002) 方向上的衍射峰强度, I(hkl) 为(hkl)方向上衍射峰强度。标准PDF卡该方向的取向因子为0.22,计算得到0磁场下的试样为0.75 ,而1T,2T和3T磁场制备的试样取向因子分别为0.70,0.85,0.88。磁场对真空沉积的Zn 薄膜取向没有明显的影响,可能是因为3T磁场对Zn薄膜的取向作用不强。

不同磁场下制备的Zn 薄膜XRD图谱

图2  其他电场下光催化原理的Zn胶片XRD图谱(的厚度为1μm)

  一般我们认为,晶粒在磁场中产生取向,磁场给予的能量要大于100J ·m-3。晶粒发生取向的能量按照公式(2)计算

  式中, IΔχI 为晶粒各向异性的磁化能之差,B为施加的磁场,μo为真空磁化率。Zn是抗磁性的,沿c轴和ab 轴的磁化率分别为χc =-1.33 ×10-5 ,χab= - 1.81 ×10-5 。Zn 的易磁化轴为c 轴,磁场越强对晶粒取向的作用就越明显,实验结果和理论相符。图3是不同磁场下制备Zn薄膜的SEM 照片,放大倍数为5000 倍。图3 (a) 为无磁场即为0 磁场下制备的薄膜,表面晶粒呈六方片状分布。从图中我们可以从表面形貌上观察,有磁场下制备的Zn 薄膜晶粒比无磁场下制备的薄膜要细致,随着磁场的增加,Zn 薄膜表面晶粒形状细化程度越来越强,晶粒形状呈六方片状分布。无磁场制备的Zn 薄膜,表面晶粒尺寸大约为2μm ,1T 磁场下约为1μm ,2T磁场下约为600nm ,而3T磁场下制备的试样晶粒尺寸约为300nm。