close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY5723

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 5723
(13) C1
(19)
7
(51) C 25D 3/56
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
ГРАНУЛИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙ СПЛАВ РЕНИЙЖЕЛЕЗО И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
(21) Номер заявки: a 19990294
(22) 1999.03.30
(46) 2003.12.30
(71) Заявитель: Институт физики твердого тела и полупроводников НАНБ
(BY)
(72) Авторы: Федосюк Валерий Михайлович; Малюш Мария Максимовна;
Шарко Сергей Александрович; Гарецкая Галина Григорьевна (BY)
(73) Патентообладатель: Институт физики
твердого тела и полупроводников
НАНБ (BY)
BY 5723 C1
(57)
1. Гранулированный электролитический сплав рений-железо, отличающийся тем, что
содержит рений и железо в следующем соотношении, ат. %:
железо
30-40
рений
остальное.
2. Способ получения гранулированного электролитического сплава рений-железо путем электролитического осаждения из электролита, содержащего железо сернокислое и
перренат щелочного металла, при 18-25 °С, отличающийся тем, что осаждение ведут при
кислотности электролита 6,8-7,2 и катодной плотности тока 3-7 мА/см2 и используют
электролит, содержащий в качестве перрената щелочного металла перренат натрия и дополнительно содержащий цитрат натрия и борную кислоту при следующем соотношении
компонентов, г/л:
железо сернокислое семиводное
28-32
перренат натрия
3-10
цитрат натрия
130-170
борная кислота
6-7.
(56)
Бондарь В.В. и др. Электроосаждение двойных сплавов // Итоги науки и техники. Сер.
Электрохимия. - Москва: ВИНИТИ, 1980. - Т. 16. - С. 218.
Вячеславов П.М. Электролитическое осаждение двойных сплавов. -Ленинград: Машиностроение. Вып. 5. - С. 63-64.
US 3668083, 1972.
GB 2141138 A, 1984.
Федосюк В.М. и др. Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники. - 1997. - № 4. - С. 59-65.
BY 5723 C1
Изобретение относится к неоднородным (гранулированным) сплавам и способам их
получения, применяемых в устройствах хранения и обработки информации, разнообразных датчиках и т.п., в которых используется магниторезистивный эффект.
Открытый относительно недавно [1] эффект гигантского изотропного магнитосопротивления (ГМС) в пленках гранулированных (или так называемых неоднородных) сплавов
обещает перспективу существенного повышения характеристик указанного типа устройств по сравнению с используемыми в настоящее время материалами на основе сплавов
железа с никелем (пермаллой). Гранулированный (неоднородный) сплав представляет собой наноразмерные вкрапления (гранулы) магнитного материала (железо, кобальт, никель) в немагнитной (медь, серебро и т.д.) матрице. В такого рода системе высокие значения магниторезистивного эффекта обусловлены разностью электросопротивления в
случае хаотично ориентированных магнитных моментов гранул по сравнению с их упорядоченным состоянием при приложении внешнего магнитного поля. Гранулированный
электролитический сплав обладает максимальным эффектом ГМС при концентрации 2040 ат. % магнитной компоненты в диа- либо парамагнитной матрице. При этом средний
размер магнитных вкраплений должен находиться в диапазоне 5-10 нм.
Абсолютное большинство исследованных к настоящему времени гранулированных
электролитических сплавов разного состава получают различными методами напыления.
По сравнению с ними метод электролитического осаждения выгодно отличается своей
низкой себестоимостью и относительной простотой.
Круг составов гранулированных сплавов как в количественном, так и качественном
отношении, постоянно расширяется.
Известен ряд составов пленок рения с различными металлами, в том числе и с железом, и способов их получения [2]. Все они, как правило, использовались как защитные покрытия. И об их магниторезистивных характеристиках ничего не сообщается.
Наиболее близким по существенным признакам к заявленному изобретению является
электролитический сплав рений-железо и способ его получения [2], которые выбраны нами как прототип и базовый объект для сравнения. Сплавы RexFe100-x с х до 58 ат. % получали из электролита состава, в г/л:
- 60
железо сернокислое FeSO4⋅7H2O
перренат калия KReO4
- 0,1-10
- 60
сульфат аммония (NH4)SO4⋅2H2O
серная кислота H2SO4 до значений рН = 2,2-2,3.
Осаждение вели при кислотности электролита рН = 2,2-2,3, его температуре Т = 1825 °С и катодной плотности тока Дк = 29 мА/см2. Полученные осадки содержали до 58 ат. %
рения. В указанной работе магниторезистивные свойства Re-Fe покрытий не сообщаются.
Проведенные авторами настоящего изобретения измерения показывают, что полученные по
способу прототипа сплавы Re-Fe обладают обычным для ферромагнетиков анизотропным
эффектом магнитосопротивления, и он не превышает ~0,3 %. Данный факт можно, повидимому, объяснить, во-первых, отклонением состава сплава от оптимального. Напомним,
что пленки неоднородных сплавов являются суперпарамагнетиками и только тогда обладают эффектом "гигантского изотропного магнитосопротивления", когда содержание магнитной (ферромагнитной) компоненты (в данном случае железа) в немагнитной (диа- либо парамагнитной) матрице находится в пределах 20-40 ат. % [1]. И, во-вторых, размер этих
ферромагнитных включений должен находиться в нанометровом диапазоне - менее 10-5 нм.
Целью настоящего изобретения является разработка состава сплава и способа для
осаждения гранулированного электролитического сплава рений-железо, которые бы обладали эффектом изотропного гигантского магнитосопротивления.
2
BY 5723 C1
Для достижения поставленной цели предлагается гранулированный электролитический сплав, содержащий, в ат. %: железо - 30-40, рений - остальное, который получают из
электролита состава, в г/л:
- 28-32
железо сернокислое FeSO4⋅7H2O
цитрат натрия Na3C6H5O7
- 130-170
борная кислота Н3ВO3
- 6-7
перренат натрия NaReO4
- 3-10.
Осаждение ведут при кислотности электролита рН = 6,8-7,2, Т = 18-25 °С и
Дк = 3-7 мА/см2. Новым является количественный состав гранулированного сплава ReFe, a
также качественный и количественный состав электролита и режимы осаждения.
Положительный эффект достигается за счет того, что предлагаемый гранулированный
электролитический сплав Re-Fe содержит оптимальное, необходимое для проявления суперпарамагнитных свойств, соотношение в составе железа и рения. А размеры ферромагнитных включений железа в рениевой матрице составляют около 10 нм.
Общими признаками заявляемого технического решения и известного является то, что
в состав сплавов входит железо и рений, а осаждение ведут из раствора, содержащего железо сернокислое при температуре электролита 18-25 °С.
Отличительными признаками заявляемого технического решения является то, что гранулированный электролитический сплав Re-Fe содержит 30-40 ат. % железа, а электролит
дополнительно содержит цитрат натрия, борную кислоту и перренат натрия: при этом
осаждение ведут из раствора состава, в г/л:
- 28-32
FeSO4⋅7H2O
- 130-170
Na3C6H5O7⋅5,5H2O
Н3ВO3
- 6-7
NaReO4
- 3-10
при кислотности электролита рН = 6,8-7,2, его температуре Т = 18-25 °С и катодной плотности тока Дк = 3-7 мА/см2.
Заявляемый новый по количественному составу гранулированный электролитический
сплав, а также способ (электролит и режимы) осаждения являются одновременно и существенными отличиями, так как совокупность отличительных признаков дает новый непредвиденный результат и таким образом соответствует критерию существенного отличия.
Гранулированный сплав Re-Fe осаждают из электролита, который готовят следующим
образом.
В отдельных объемах воды растворяют нужные навески сернокислого железа
FeSO4⋅7H2O (раствор № 1), натрия лимоннокислого Na3C6H5O7⋅5,5Н2O (раствор № 2), борной кислоты Н3ВO3 (раствор № 3) и перрената натрия NaReO4 (раствор № 4). Борную кислоту Н3ВO3 растворяют при нагревании до ≈ 80 °С. Затем сливают вместе раствор № 1 и
№ 2, после перемешивания вливают охлажденный раствор № 3. Далее добавляют требуемое количество NaReO4 (раствор № 4). Доводят объем электролита до нужного значения и
далее устанавливают значение рН электролита до нужного с помощью 10 %-ного раствора
NaOH и 25 %-ного раствора H2SO4. Затем приготовленный электролит фильтруют с использованием фильтров типа "синяя лента".
В качестве подложек используют ситалл с химически осажденным подслоем аморфного немагнитного фосфида никеля. Анод железный.
Поскольку подслой фосфида никеля имеет электросопротивление более чем на порядок выше по сравнению с осаждаемым ReFe сплавом, то это делает возможным измерение
ГМС непосредственно после осаждения без отделения пленки от подложки.
Пример конкретного осуществления.
3
BY 5723 C1
Берут навески FeSO4⋅7H2O; Na3C6H5O7⋅5, 5H2O; H3BO3; NaReO4 в количестве соответственно 30, 150, 6,6 и 6 г. В 250 мл воды растворяют 30 г FeSO4⋅7H2O (раствор № 1). В отдельной порции дистиллированной воды (400 мл) растворяют 150 г Na3C6H5O7⋅5,5Н2О
(раствор № 2). В отдельной порции воды (~100 мл) растворяют 6,6 г Н3ВO3 при нагревании до ≈ 80 °С (раствор № 3) и затем этот раствор охлаждают до комнатной температуры.
После чего сливают вместе раствор № 1 и № 2, а после их перемешивания добавляют к
ним раствор № 3. Взвешивают 6 г NaReO4 и растворяют в отдельной порции воды (~50
мл) (раствор № 4). Далее раствор № 4 вливают в общий объем электролита и доводят его
до 1 литра. После этого устанавливают значение рН электролита до 7,0 с помощью 10-%ного раствора NaOH и 25-%-ного раствора H2SO4; и фильтруют с использованием фильтров типа "синяя лента". Осаждение ведут при комнатной температуре Т = 20 °С и катодной плотности тока Дк = 5 мА/см2. За время t = 333 ceк осаждаются сплавы ReFe, содержащие 70 ат. % рения и 30 ат. % железа толщиной 0,5 мкм. Гранулированные сплавы
обладают блестящей поверхностью. Магниторезистивный эффект, определяемый по стандартной четырехточечной схеме, составляет 2,5 %. Состав сплавов и скорость осаждения
определялись на основании данных фотоколометрического анализа. Подтверждением того, что получаемые сплавы действительно имеют гранулированное строение является наличие изотропного, т.е. не зависящего от взаимного расположения магнитного поля, тока
и плоскости пленки, эффекта магнитосопротивления, а также суперпарамагнитное поведение системы [1]. Оцененная по температуре блокирования [1] средняя величина гранул
железа в матрице рения составляет ~10 нм.
Изобретение может быть проиллюстрировано несколькими примерами, представленными в таблице, из которых видно, что оптимальным составом сплава и способом его получения являются условия, приведенные в примерах 1-7, поскольку именно при этих условиях обеспечивается максимальное значение изотропного магнитосопротивления ∆ρмаг
и хорошее качество получаемых гранулированных покрытий сплавов FeRe. При отклонении состава сплава FeRe и способа его получения от заявляемых пределов свойства осаждаемых сплавов ухудшаются (примеры 8-14). Причем это не зависит от того все одновременно или поочередно состав сплава и условия (электролит) и параметры осаждения
выходят за заявляемые пределы.
Таким образом, изобретение позволяет получить гранулированные электролитические
сплавы Re-Fe с перспективной для практического использования величиной магниторезистивного эффекта. Полученные из разработанного электролита гранулированные электролитические сплавы Re-Fe отвечают совокупности требований, предъявляемым к материалам, используемым в качестве магниторезистивных элементов, используемых в разнообразных устройствах радио- и электронной аппаратуры.
Состав сплавов, условия
Прототип
получения и их свойства
60
FeSO4⋅7H2O, г/л
Nа3С6Н5О7⋅5,5Н2O, г/л
Na2ReO4, г/л
Н3ВO3, г/л
рH
2,2-2,3
T °С
20-25
Дк, мА/см2
29
KReO4, г/л
0,1-10
(NH4)2SO4, г/л
60
H2SO4
до рН 2,2-2,3
Время осаждения, сек
58
1
2
3
4
30 28 32 30
150 130 170 130
6
3
10 6
6,6 6,0 7,0 6,6
7,0 6,8 7,2 6,8
20 18 25 20
5
3
7
5
333 555 238 333
4
5
6
7
8
9
10
30
150
3
6,6
6,8
20
5
333
28
150
6
6,6
7,2
25
7
238
32
150
10
7,0
7,2
20
7
238
25
100
1
5,0
6,5
15
2
833
35
190
15
8,0
7,5
30
10
166
30
100
6
6,6
7,0
20
7
238
BY 5723 C1
Толщина сплава, мкм
Re, ат. %
Fe, ат. %
Внешний вид сплава
ГМС, %
Магнитное поле измерения ГМС, кЭ
Продолжение табл.
0,5 0,5 0,5 0,5
70 55 72 74
30 45 28 26
б
б
м м
2,0 0,9 0,9 1,0
0,5
до 58
до 48
б
-
0,5
70
30
б
2,5
0,5
60
40
б
2,4
0,5 0,5 0,5 0,5
70 64 66 68
30 36 34 32
б
б
б
б
1,9 1,8 2,0 2,0
5,5
5,5
5,5
5,5 5,5 5,5 5,5 5,5 5,5 5,5 5,5
Примечания: "б" - блестящий, "м" - матовый.
Источники информации:
1. Федосюк В.М. и др. Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиотехники. - 1997. - № 4. - С. 59-65.
2. Бондарь В.В. и др. Электроосаждение двойных сплавов. Итоги науки и техники.
Сер. Электрохимия. - Москва: ВИНИТИ, 1980. - Т. 16. - С. 218.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
131 Кб
Теги
патент, by5723
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа