【CN109994315A】由磁性纳米纤维铁电薄膜组合的磁电复合材料及其制备方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910122928.X
(22)申请日 2019.02.19
(71)申请人 湖北大学
地址 430062 湖北省武汉市武昌区友谊大
道368号
(72)发明人 祁亚军　刘楠楠　郑志强　杜鹏程　
章天金　
(74)专利代理机构 武汉河山金堂专利事务所
(普通合伙) 42212
代理人 丁齐旭
(51)Int.Cl.
H01F 41/30(2006.01)
D01F 9/08(2006.01)
(54)发明名称
由磁性纳米纤维铁电薄膜组合的磁电复合
材料及其制备方法
(57)摘要
本发明提出了一种由磁性纳米纤维和铁电
薄膜复合的磁电复合材料及其制备方法。

它是在
Pt/Ti/SiO 2/Si或Nb -SrTiO 3衬底上通过静电纺
丝方法制备CoFe 2O 4(CFO)磁性纳米纤维，在其上
面再用脉冲激光沉积法镀铁电层Pb(Zr ,Ti)O 3薄
膜将其包覆，实现了1-2型铁电铁磁复合。

通过配
制CFO前驱体溶液、清洗衬底、静电纺丝法制备
CFO纳米纤维、退火结晶、脉冲激光沉积法继续生
长铁电材料PZT、制备Pt顶电极等步骤制备完成。

本发明有效减弱刚性衬底的夹持效应，增大铁电
材料与铁磁材料的应变传递面积，增强磁电耦合
效应。

本发明所属方法制备的磁电复合薄膜，薄
膜的磁电耦合系数可达320mV/Oe ·
cm。

权利要求书2页 说明书4页 附图2页CN 109994315 A 2019.07.09
C N 109994315
A
权　利　要　求　书1/2页CN 109994315 A
1.一种由磁性纳米纤维铁电薄膜组合的磁电复合材料，其特征在于在导电衬底上，用静电纺丝法制备一层磁性纳米纤维，再在其上用脉冲激光沉积法生长覆盖磁性纳米纤维的铁电薄膜，形成一种1-2型磁电复合薄膜材料；所述衬底材料为Pt/Ti/SiO2/Si或Nb-SrTiO3导电衬底材料，所述磁性纳米纤维为CFO(CoFe2O4)或者是NiFe2O4或者是(La,Sr)MnO3磁性材料，纤维直径为70～90nm,纤维长度为1～3μm，所述铁磁压电薄膜为PZT、钛酸钡、钛酸铅、铌镁钛酸铅等压电材料厚度为300～500nm。

2.一种由磁性纳米纤维铁电薄膜组合的磁电复合材料的制备方法，其特征包括以下步骤：
步骤一：利用硝酸铁，硝酸钴化学试剂为原料制备CFO前驱体溶液
(1)溶剂选用N,N-二甲基甲酰胺和乙醇，N,N-二甲基甲酰胺与乙醇溶剂配比按照1:0.5～1.5不同比例进行混合，按照Co2+与Fe3+摩尔比1:2称量硝酸钴与硝酸铁，将其溶于N,N-二甲基甲酰胺与乙醇的混合溶液中，常温搅拌20min，待其完全溶解；
(2)加入0.8g聚乙烯吡咯烷酮，常温搅拌5-6h至聚合物完全溶解；
(3)将溶液超声20min，静置一天，得到均一稳定的CFO前驱体溶液；
步骤二：清洗衬底
依次用丙酮、乙醇超声清洗Pt/Ti/SiO2/Si和Nb-SrTiO3衬底。

步骤三：用静电纺丝法制备CFO纳米纤维
(1)注射器规格选用10mL，针头直径选用0.7mm，用一次性注射器抽取一定容量的电纺前驱体溶液，并除去溶液中的气泡；
(2)将装有电纺溶液的注射器安装在电纺夹具上，调整好注射器针尖和接收极板的角度，并保持一定的接收距离；
(3)开启蠕动泵电源，使蠕动泵推进装置与注射器紧密接触；
(4)在接收滚筒上卷一圈锡箔纸，将超声清洗过的Pt/Ti/SiO2/Si或Nb-SrTiO3衬底用双面胶粘在锡箔纸上。

(5)设置高压静电纺丝机纺丝参数，设定纺丝温度为40℃，湿度14～18％，正压18kV，负压-3kV，接收滚筒转速140r/min，推注速率0.07mm/min，针尖距离接收端距离～15cm；
(6)启动高压电源开关，开始纺丝，纺丝5～10s后取出衬底；
步骤四：退火结晶
(1)将上步骤静电纺丝完成的制品进行干燥，升温速率以2℃/min上升到70℃，保温2h，使聚合物纤维的溶剂能充分挥发；
(2)再以升温速率2℃/min上升到400℃，保温2h，去除有机物；
(3)以升温速率1℃/min升温到750℃，达到结晶温度保温2h，使CFO纳米纤维结晶。

步骤五：上步骤退火结束，取出制品；
步骤六：利用脉冲激光沉积法继续生长铁电材料PZT包覆CFO纳米纤维；
(1)PZT靶材选用日本金童半导体材料有限公司，成分为PbZr0.2Ti0.8O3；
(2)PZT生长参数为：沉积温度580℃，流动氧压30Pa，激光能量210mJ，脉冲频率5Hz，沉积时长60～120min，沉积厚度300～500nm；
沉积生长完成后进行退火，退火温度：650℃，氧压：3000Pa，650℃保温时长20min。

步骤七：将掩膜版放置在制品上，用直流磁控溅射法制备Pt顶电极，工艺参数：溅射功
2。