納米磁性材料現(xiàn)狀

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論文關(guān)鍵詞：納米磁性材料

論文摘要：介紹了納米磁性材料的用途,闡述了納米顆粒型、納米微晶型和磁微電子結(jié)構(gòu)材料三大類納米磁性材料的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀。

1引言

磁性材料一直是國民經(jīng)濟(jì)、國防工業(yè)的重要支柱與基礎(chǔ)，廣泛地應(yīng)用于電信、自動(dòng)控制、通訊、家用電器等領(lǐng)域，在微機(jī)、大型計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用具有重要地位。信息化發(fā)展的總趨勢是向小、輕、薄以及多功能方向進(jìn)展，因而要求磁性材料向高性能、新功能方向發(fā)展。納米磁性材料是指材料尺寸限度在納米級(jí)，通常在1～100nm的準(zhǔn)零維超細(xì)微粉，一維超薄膜或二維超細(xì)纖維（絲）或由它們組成的固態(tài)或液態(tài)磁性材料。當(dāng)傳統(tǒng)固體材料經(jīng)過科技手段被細(xì)化到納米級(jí)時(shí)，其表面和量子隧道等效應(yīng)引發(fā)的結(jié)構(gòu)和能態(tài)的變化，產(chǎn)生了許多獨(dú)特的光、電、磁、力學(xué)等物理化學(xué)特能，有著極高的活性，潛在極大的原能能量，這就是“量變到質(zhì)變”。納米磁性材料的特殊磁性能主要有：量子尺寸效應(yīng)、超順磁性、宏觀量子隧道效應(yīng)、磁有序顆粒的小尺寸效應(yīng)、特異的表觀磁性等。

2納米磁性材料的研究概況

納米磁性材料根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征可以分為納米顆粒型、納米微晶型和磁微電子結(jié)構(gòu)材料三大類。

2.1納米顆粒型

磁存儲(chǔ)介質(zhì)材料：近年來隨著信息量飛速增加，要求記錄介質(zhì)材料高性能化，特別是記錄高密度化。高記錄密度的記錄介質(zhì)材料與超微粒有密切的關(guān)系。若以超微粒作記錄單元，可使記錄密度大大提高。納米磁性微粒由于尺寸小，具有單磁疇結(jié)構(gòu)，矯頑力很高的特性，用它制作磁記錄材料可以提高信噪比，改善圖像質(zhì)量。

納米磁記錄介質(zhì)：如合金磁粉的尺寸在80nm，鋇鐵氧體磁粉的尺寸在40nm，今后進(jìn)一步提高密度向“量子磁盤”化發(fā)展，利用磁納米線的存儲(chǔ)特性，記錄密度達(dá)400Gbit/in2，相當(dāng)于每平方英寸可存儲(chǔ)20萬部紅樓夢小說。

磁性液體：它是由超順磁性的納米微粒包覆了表面活性劑，然后彌漫在基液中而構(gòu)成。利用磁性液體可以被磁場控制的特性，用環(huán)狀永磁體在旋轉(zhuǎn)軸密封部件產(chǎn)生一環(huán)狀的磁場分布，從而可將磁性液體約束在磁場之中而形成磁性液體的“O”形環(huán)，且沒有磨損，可以做到長壽命的動(dòng)態(tài)密封。這也是磁性液體較早、較廣泛的應(yīng)用之一。此外，在電子計(jì)算機(jī)中為防止塵埃進(jìn)入硬盤中損壞磁頭與磁盤，在轉(zhuǎn)軸處也已普遍采用磁性液體的防塵密封。磁性液體還有其他許多用途，如儀器儀表中的阻尼器、無聲快速的磁印刷、磁性液體發(fā)電機(jī)、醫(yī)療中的造影劑等等。

納米磁性藥物：磁性治療技術(shù)在國內(nèi)外的研究領(lǐng)域在拓寬，如治療癌癥，用納米的金屬性磁粉液體注射進(jìn)人體病變的部位，并用磁體固定在病灶的細(xì)胞附近，再用微波輻射金屬加熱法升到一定的溫度，能有效地殺死癌細(xì)胞。另外，還可以用磁粉包裹藥物，用磁體固定在病灶附近，這樣能加強(qiáng)藥物治療作用。

電波吸收（隱身）材料：納米粒子對(duì)紅外和電磁波有吸收隱身作用。由于納米微粒尺寸遠(yuǎn)小于紅外及雷達(dá)波波長，因此納米微粒材料對(duì)這種波的透過率比常規(guī)材料要強(qiáng)得多，這就大大減少波的反射率，使得紅外探測器和雷達(dá)接收到的反射信號(hào)變得很微弱，從而達(dá)到隱身的作用；另一方面，納米微粒材料的比表面積比常規(guī)粗粉大3-4個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)紅外光和電磁波的吸收率也比常規(guī)材料大得多，這就使得紅外探測器及雷達(dá)得到的反射信號(hào)強(qiáng)度大大降低，因此很難發(fā)現(xiàn)被探測目標(biāo)，起到了隱身作用。

2.2納米微晶型

納米微晶稀土永磁材料：稀土釹鐵硼磁體的發(fā)展突飛猛進(jìn)，磁體磁性能也在不斷提高，目前燒結(jié)釹鐵硼磁體的磁能積達(dá)到50MGOe，接近理論值64MGOe，并已進(jìn)入規(guī)模生產(chǎn)。為進(jìn)一步改善磁性能，目前已經(jīng)用速凝薄片合金的生產(chǎn)工藝，一般的快淬磁粉晶粒尺寸為20-50nm，如作為粘結(jié)釹鐵硼永磁原材料的快淬磁粉。為克服釹鐵硼磁體低的居里溫度，易氧化和比鐵氧體高的成本價(jià)格等缺點(diǎn)，目前正在探索新型的稀土永磁材料，如釤鐵氮、釹鐵氮等化合物。另一方面，開發(fā)研制復(fù)合稀土永磁材料，將軟磁相與永磁相在納米尺寸內(nèi)進(jìn)行復(fù)合，就可獲得高飽和磁化強(qiáng)度和高矯頑力的新型永磁材料。轉(zhuǎn)

納米微晶稀土軟磁材料：在1988年，首先發(fā)現(xiàn)在鐵基非晶的基體中加入少量的銅和稀土，經(jīng)適當(dāng)溫度晶化退火后，獲得一種性能優(yōu)異的具有超細(xì)晶粒（直徑約10nm）軟磁合金，后被稱為納米晶軟磁合金。納米晶磁性材料可開發(fā)成各種各樣的磁性器，應(yīng)用于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，用作電流互感器、開關(guān)電源變壓器、濾波器、漏電保護(hù)器、互感器及傳感器等，可取得令人滿意的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3磁微電子結(jié)構(gòu)材料

巨磁電阻材料：將納米晶的金屬軟磁顆粒彌散鑲嵌在高電阻非磁性材料中，構(gòu)成兩相組織的納米顆粒薄膜，這種薄膜最大特點(diǎn)是電阻率高，稱為巨磁電阻效應(yīng)材料，在100MHz以上的超高頻段顯示出優(yōu)良的軟磁特性。由于巨磁電阻效應(yīng)大，可便器件小型化、廉價(jià)，可作成各種傳感器件，例如，測量位移、角度，數(shù)控機(jī)床、汽車測速，旋轉(zhuǎn)編碼器，微弱磁場探測器（SQUIDS）等

磁性薄膜變壓器：個(gè)人電腦和手機(jī)的小型化，必須采用高頻開關(guān)電源，并且工作頻率越來越高，逐步提高到1～2MHz或更高。要想使高頻開關(guān)電源進(jìn)一步向輕薄小方向發(fā)展，立體的三維結(jié)構(gòu)鐵芯已經(jīng)不能滿足要求，只有向低維的平面結(jié)構(gòu)發(fā)展，才能使高度更薄、長度更短、體積更小。對(duì)于10～25W小功率開關(guān)電源，將采用印刷鐵芯和磁性薄膜鐵芯。幾個(gè)微米厚的磁性薄膜，基本上不成形三維立體結(jié)構(gòu)，而是二維平面結(jié)構(gòu)，其物理特性也與原來的立體結(jié)構(gòu)不同，可以獲得前所未有的高性能和綜合性能。

磁光存儲(chǔ)器：當(dāng)前只讀和一次刻錄式的光盤已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但是可重復(fù)寫、擦的光盤還沒有產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。最具有發(fā)展前途的是磁性材料介質(zhì)的磁光存儲(chǔ)器，其可以像磁盤一樣反復(fù)多次地重復(fù)記錄。目前大量使用的軟磁盤，由于材料介質(zhì)和記錄磁頭的局限性，其存儲(chǔ)密度已經(jīng)達(dá)到極限；另外其已經(jīng)不能滿足信息技術(shù)的發(fā)展要求，無法在一張盤上存儲(chǔ)更多的圖象和數(shù)據(jù)。采用磁光盤存儲(chǔ)，就能在一張盤上記錄數(shù)千兆字節(jié)到數(shù)十千兆字節(jié)的容量，并且能反復(fù)地擦寫使用。

3展望

納米技術(shù)是本世紀(jì)前20年的主導(dǎo)技術(shù),納米材料是納米技術(shù)的核心,是21世紀(jì)最有前途的材料,也是納米技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)之一。納米科技的發(fā)展給傳統(tǒng)磁性產(chǎn)業(yè)帶來了跨越式發(fā)展的重大機(jī)遇和挑戰(zhàn),納米級(jí)磁性材料的開發(fā)和研究是磁性材料發(fā)展的一個(gè)必然方向,但同時(shí)也應(yīng)重視用納米技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和對(duì)現(xiàn)有材料進(jìn)行納米改性方面的研究,以全面提高企業(yè)的技術(shù)水平和競爭能力,在世界民族之林樹立中華民族的大旗。

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