[发明专利]一种制备六角有序FePt纳米颗粒阵列的方法

说明书

技术领域

本发明涉及超高密度磁性存储材料制备技术领域，尤其涉及一种利用双亲嵌段共聚物反胶束法制备六角有序铁铂合金(FePt)纳米颗粒阵列的方法。

背景技术

FePt合金纳米颗粒具有很高的磁晶各向异性能(6.6～10×10⁷erg/cm³)，可以在几个纳米的尺度范围内，克服超顺磁性，表现出优异的稳定性。得益于这种优异的稳定性，其在超高密度数据存储、永磁纳米薄膜和医药生物都可以有很重要的应用，是一种最有可能实现存储面密度在1Tb/in²以上的磁性金属材料。

这种高的磁晶各向异性能主要源于Fe和Pt之间的自旋-轨道耦合以及Fe 3d和Pt 5d电子状态之间的杂化。这些相互作用使得FePt纳米颗粒具有比Fe和Co纳米颗粒更高的磁晶各向异性能和更好的稳定性。而高效低成本地制备FePt纳米颗粒薄膜则是对其各种性质进行研究和应用的基础。

目前人们广泛采用真空蒸发和直流/射频溅射沉积等物理方法制备FePt纳米颗粒阵列/薄膜，但物理方法中随机的成核和颗粒生长导致FePt纳米颗粒尺寸较大、粒径分布较宽，粒子形状和间距难以控制。

化学上则主要采用高温液相合成法。相比物理方法，高温液相合成法具有颗粒大小均匀、可控和分布有序的优点，但在化学合成FePt纳米颗粒过程中，为了避免粒子在溶液中的团聚，需要加入合适的稳定剂，因此所制备的纳米颗粒表面往往覆盖一层有机物。

有机层的存在不仅影响对磁性纳米颗粒内禀特性的研究，而且也不利于将来磁性纳米颗粒的应用。特别是，为了使得FePt纳米颗粒由软磁的面心立方(fcc)结构转变为硬磁的面心四方(fct)结构(亦即L1₀有序相)，必须进行高温退火，但有机包覆层在高温热处理过程中的分解将引起颗粒的长大和聚合，降低颗粒的整体性能。

双亲嵌段共聚物由一亲水嵌段和一疏水嵌段组成，可以在选择性溶液中自组装成反胶束。利用嵌段共聚物这一特性已经可以在各种平滑衬底上制备各种单金属纳米颗粒阵列，如Au，Fe，Co等，但目前还没有利用PS-b-P2VP反胶束法制备双金属(或多金属)纳米颗粒阵列的报道。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种制备六角有序FePt纳米颗粒阵列的方法，以制备出纳米颗粒尺寸分散度小、分布均匀有序、具有良好热稳定性、表面没有有机物包覆的FePt纳米颗粒阵列/薄膜。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种制备六角有序铁铂合金FePt纳米颗粒阵列的方法，该方法包括：

A、利用双亲嵌段共聚物聚苯乙烯-block-聚2乙烯吡啶PS-block-P2VP在甲苯中自组装成反胶束；

B、将金属盐FeCl₃和H₂PtCl₆加入所述反胶束溶液中，充分搅拌后所述金属盐FeCl₃和H₂PtCl₆将与反胶束的P2VP内核结合，形成金属盐负载的反胶束；

C、利用浸涂的方法将金属盐负载的反胶束沉积在平滑单晶硅衬底上，得到六角有序的反胶束阵列；

D、利用氧等离子体刻蚀去除共聚物母体并使金属盐还原为单质，在单晶硅衬底上获得大小均匀、六角有序分布的FePt纳米颗粒阵列。

所述步骤A包括：将双亲嵌段共聚物PS-block-P2VP加入甲苯中，充分搅拌，该共聚物将在甲苯中自组装成大小均匀、单分散的反胶束。

所述双亲嵌段共聚物PS-block-P2VP在甲苯中的浓度为0.5wt％；

所述双亲嵌段共聚物PS-block-P2VP为PS(m)-block-P2VP(n)，括号内的数字m、n表示嵌段所含有单体的数目，通过使用具有不同m、n值的PS-block-P2VP来调控阵列中FePt纳米颗粒的间距在30nm至200nm之间；

所述充分搅拌的时间至少为24小时；

所述反胶束的核为P2VP，壳为PS。

步骤B中所述将金属盐FeCl₃和H₂PtCl₆加入反胶束溶液时，通过控制加入的金属盐的量和P2VP嵌段所含单体数目n的值来调控所制得的FePt纳米颗粒的大小在1nm至20nm之间。