【摘要】：隨著納米技術(shù)的發(fā)展,磁性納米材料的相關(guān)制備與表征技術(shù)越來越成熟。目前,磁性納米材料在微電子相關(guān)領(lǐng)域,如磁電傳感器、高頻薄膜電感、封裝導(dǎo)熱復(fù)合材料等領(lǐng)域均扮演著不可或缺的角色。但對(duì)于鐵基FeCo以及非晶FeNiP納米材料而言,其制備以及應(yīng)用方面依舊存在著一些問題:制備方面,FeCo納米立方體的形貌和尺寸的可控制備較為困難,并且FeCo納米立方體的形成機(jī)制以及包覆劑的作用需要進(jìn)一步的闡明;同時(shí)非晶FeNiP文獻(xiàn)報(bào)道多為電沉積法制備的薄膜,對(duì)其納米顆粒材料的化學(xué)制備研究較少,而且其服役的熱穩(wěn)定性需要進(jìn)行詳細(xì)地研究,例如在嵌入式薄膜電感領(lǐng)域,基板溫度的變化勢(shì)必對(duì)非晶FeNiP的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生重大的影響。應(yīng)用方面,目前磁電傳感器所使用的磁性納米填料復(fù)合薄膜的力學(xué)性能較差,靈敏度較低,有待進(jìn)一步的提高;而目前用于導(dǎo)熱封裝或熱界面材料領(lǐng)域的磁性納米顆粒輔助定向?qū)崽盍辖Y(jié)構(gòu),其定向性較差。同時(shí)在導(dǎo)熱材料表面包覆超順磁或者軟磁的納米顆粒會(huì)阻礙導(dǎo)熱材料之間的直接接觸,增加界面熱阻。所以基于以上兩方面原因,制備的聚合物復(fù)合薄膜的熱導(dǎo)率較低,難以滿足微電子封裝領(lǐng)域的散熱要求,因而亟需開發(fā)出具有高定向?qū)峤Y(jié)構(gòu)和高熱導(dǎo)率的聚合物復(fù)合材料。本文從FeCo合金以及非晶FeNiP納米材料的制備出發(fā),探究了FeCo合金納米顆粒的形貌及成分的可控制備方法,并對(duì)非晶FeNiP在一定溫度下的晶化過程進(jìn)行了詳細(xì)地研究;隨后,利用磁場(chǎng)下組裝的方法制備了各向異性FeCo納米鏈-PDMS復(fù)合膜;噴涂法制備了垂直定向的FeCo/hBN-PDMS復(fù)合薄膜,成功用于導(dǎo)熱封裝領(lǐng)域。首先,利用改良的水熱合成方法,通過調(diào)節(jié)Fe2+/Co2+摩爾比、PEG-400和環(huán)己烷的含量以及反應(yīng)溫度與時(shí)間等參數(shù),成功地實(shí)現(xiàn)了 FeCo納米顆粒形貌(片狀-立方體-球狀顆粒-花狀結(jié)構(gòu))和成分(17-84 at%)的可控制備。當(dāng)Fe2+/Co2+摩爾比為3:1、PEG-400為2.752g、環(huán)己烷為0.32mL時(shí),得到完美的FeCo納米立方體結(jié)構(gòu),其中FeCo立方體具有立方結(jié)構(gòu),暴露面為{100}。結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,闡明了 PEG-400和環(huán)己烷對(duì)不同晶面生長(zhǎng)速率的影響,并首次揭示了 FeCo納米立方體的長(zhǎng)大機(jī)制。當(dāng)合成溫度為160℃時(shí),FeCo納米立方體具有最大的飽和磁化強(qiáng)度250emu g-1,高于塊體鐵鈷合金的最大飽和磁化強(qiáng)度(Fe70Co30-245emug-1)。為了深入了解非晶FeNiP的穩(wěn)定性,利用化學(xué)還原的方法制備了粒徑大小為70nm的非晶納米顆粒。隨后,利用DSC、SEM、XRD以及TEM研究了非晶FeNiP納米材料在室溫加熱至800℃過程中的晶化現(xiàn)象,其晶化過程可以概括為:非晶FeNiP→Ni+FeNi3+Ni3P→Ni+(Ni,Fe)3[P04]2。不同溫度燒結(jié)時(shí)的磁性能發(fā)生了較大的變化,研究表明磁性能的變化主要與混合物中的相種類以及各相的比例相關(guān)。在前期穩(wěn)定合成粒徑均勻的FeCo納米立方體的基礎(chǔ)上,利用磁場(chǎng)誘導(dǎo)組裝技術(shù)成功地制備了含有各向異性FeCo納米鏈的柔性PDMS復(fù)合薄膜。通過優(yōu)化FeCo填料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及外加磁場(chǎng)強(qiáng)度可以實(shí)現(xiàn)FeCo納米鏈長(zhǎng)度(200μm)和寬度(2μm)的可控制備,可達(dá)到的最大長(zhǎng)寬比為150。原位觀測(cè)到FeCo納米鏈的組裝機(jī)制為連接和粗化。復(fù)合薄膜沿平行或垂直于組裝納米鏈的方向上具有各向異性。在垂直于納米鏈的方向上,加入1.0 wt%FeCo磁性填料的復(fù)合薄膜得到最高的拉伸強(qiáng)度為3.20MPa。同時(shí)建立裂紋擴(kuò)展模型解釋了復(fù)合薄膜在不同拉伸方向時(shí)的斷裂機(jī)制。VSM測(cè)試表明,FeCo納米鏈更容易在平行于納米鏈的方向上被磁化。因而,通過控制制備過程,可以同步調(diào)節(jié)薄膜的力學(xué)和磁學(xué)各向異性。為了滿足電子元器件的散熱需求,考慮到hBN納米片具有各向異性的導(dǎo)熱性能,利用噴涂工藝以及磁場(chǎng)輔助定向的方法制備了含有FeCo/hBN垂直定向結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜。帶正電的FeCo@PDDA與液相中剝離的BNNs通過強(qiáng)靜電吸附的方式形成復(fù)合納米材料,研究表明BNNs的{001}面吸附在FeCo納米立方體的{100}面上,在外加磁場(chǎng)時(shí),隨磁性納米顆粒發(fā)生定向轉(zhuǎn)動(dòng),形成垂直定向結(jié)構(gòu)。高密度、高垂直定向的FeCo/hBN擇優(yōu)導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)的出現(xiàn),有利于減少聲子散射,解決了目前導(dǎo)熱復(fù)合薄膜熱導(dǎo)率較低的問題。當(dāng)復(fù)合薄膜含有30wt%FeCo+50wt%BN時(shí),其熱導(dǎo)率高達(dá)2.25W m-1 K-1,是僅含有50wt%BN的復(fù)合薄膜熱導(dǎo)率(0.33 W m-1 K-1)的將近7倍。同時(shí),測(cè)試表明復(fù)合薄膜具有較好的柔韌性和較低的吸濕率。
【圖文】：

第１章緒論米材料的單磁疇結(jié)構(gòu)和矯頑力［１３］：塊體磁性材料通常會(huì)形并分別具有能量以減小退磁能，進(jìn)而使得其在平衡狀態(tài)下當(dāng)其尺寸減小到納米尺度時(shí)，退磁能的減小己經(jīng)比不上疇性納米材料的平衡狀態(tài)是沒有疇壁的單磁疇結(jié)構(gòu)。Ｆｒｅｎｋ預(yù)測(cè)出，當(dāng)材料的尺寸減小到一定的尺寸時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)料的矯頑力也與其粒徑大小密切相關(guān)［１￣５］。隨著顆粒尺會(huì)由多疇結(jié)構(gòu)變成單疇狀態(tài)，進(jìn)而磁化轉(zhuǎn)變成磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)，力升高，同時(shí)在臨界尺寸處能達(dá)到最大值［１Ｗ７］，如圖１．２料的尺寸繼續(xù)減小，直到超順磁臨界尺寸時(shí)，此時(shí)矯頑力近于零。逡逑

Ｆｉｇｕｒｅ邋１．３邋Ｔｈｅ邋ｍａｇｎｅｔｉｃ邋ｃｕｒｖｅｓ邋ｏｎ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｍａｉｎ邋ｃｒｙｓｔａｌ邋ａｘｅｓ：邋（ａ）邋Ｆｅ邋ｓｉｎｇｌｅ邋ｃｒｙｓｔａｌ，邋（ｂ）逡逑Ｎｉ邋ｓｉｎｇｌｅ邋ｃｒｙｓｔａｌ，邋（ｃ）邋Ｃｏ邋ｓｉｎｇｌｅ邋ｃｒｙｓｔａｌ１２０１逡逑如圖１．３（ａ）為沿Ｆｅ單晶體主要晶軸測(cè)定的磁化曲線［２Ｇ］。從該曲線可以看出，逡逑在Ｆｅ單晶體中存在易磁化、難磁化晶體學(xué)方向，其中＜１００＞的三個(gè)軸為易磁化逡逑軸。而如圖１．３（ｂ）所示鎳的易磁化方向則是沿著立方對(duì)角線。鉆是六角對(duì)稱的逡逑晶體，，因而它的易磁化方向就是六角對(duì)稱軸，如圖１．３（ｃ）所示。逡逑１．１．１鐵基磁性納米材料的制備方法逡逑磁性納米材料自身不僅具備量子尺寸等特殊的效應(yīng)，同時(shí)其粒徑大小、形逡逑貌特征、表面狀態(tài)和晶體結(jié)構(gòu)等又會(huì)直接影響著材料的性能和應(yīng)用。因而通過逡逑調(diào)節(jié)參數(shù)實(shí)現(xiàn)可控地制備出粒徑大小均勻、形貌和晶體結(jié)構(gòu)各異的磁性納米材逡逑料一直是人們研究的重點(diǎn)。不難看出，磁性納米材料的合成制備技術(shù)在其中起逡逑到?jīng)Q定性的作用［２｜］。逡逑簡(jiǎn)單地來說，磁性納米材料的制備技術(shù)可以分做物理法和化學(xué)法。物理研逡逑磨法不僅僅需要高純度的金屬原材料，而且需要消耗大量能量用于均勻化反應(yīng)逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB383.1

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本文編號(hào)：2711650