NiTi记忆合金表面NiFe薄膜的大弹性应变及磁学、粘附性调控研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:FalyE981521
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材料的理化性能作为弹性应变(εelastic)的函数,εelastic使材料的晶面间距改变,进一步使原子的电子结构发生改变,最终影响材料的力学、光学、磁学等性能。传统给薄膜施加弹性应变的方法,需要不同的基底、施加应变小且应变难以连续调控;此外,施加电场的方法通常为“易失性”行为,一定程度上会限制材料在非易失性领域的应用。本论文以NiTi系形状记忆合金(NiTi-SMA)为基底,采用磁控溅射法在其表面制备NiFe纳米薄膜,利用其无位错滑移的点阵切变变形机制,给纳米薄膜施加不同弹性应变,调控纳米薄膜的磁学及粘附性能;同时以位错滑移变形机制的金属Cu为基底,对其表面NiFe纳米薄膜的变形行为进行了研究。利用XRD、SEM、TEM、等表征手段,研究了薄膜的微观形貌和组织结构。发现薄膜表面平整连续,FCC结构,NiFe(111)取向生长;NiFe/NiTiNb10复合体系拉伸不同应变后,NiFe(111)面的衍射峰位均发生移动,这说明点阵切变变形基底可以给薄膜施加弹性应变且弹性拉应变高达3.9%;NiFe/Cu复合体系拉伸不同应变后,NiFe(111)面的衍射峰位均没有移动,这说明位错滑移变形的基底Cu不能给薄膜施加弹性应变。利用VSM通过测量磁滞回线,研究了厚度为20nm而具有不同弹性应变NiFe纳米薄膜的磁性能。结果表明:NiFe纳米磁性薄膜的矫顽力、剩余磁化强度与外加拉伸应变呈正相关,而饱和磁化强度与外加拉伸应变呈负相关。利用XPS通过测量表面元素电子结合能,研究了厚度为10nm而具有不同弹性应变复合体系界面附近电子结构,发现Fe2p和Ni2p峰位均随外加拉应变的增大向电子结合能大的方向移动,这说明复合体系界面附近的电子结构发生了变化;同一厚度应变量9%的样品的XPS深度剖结果表明:由样品表面到内部,Fe2p和Ni2p峰位也均向电子结合能增大的方向移动,这说明离基底表面越近薄膜受到拉应变(与轴向平行)越大。利用接触角测量仪通过测量表面接触角,进一步计算对应的表面能,研究了NiTi表面薄膜的表面粘附性。结果表明:薄膜具有疏水性;所有厚度薄膜的表面能均随应变的增加而增大;这说明弹性应变可以有效地调控薄膜的表面粘附性。
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