负热膨胀材料研究进展

ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｍａｊｏｒａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓｏｆｓｔｕｄｉｅｓｏｎｎｅｇａｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｖａｒｉｏｕｓｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｔｏｅｘｐｌａｉｎｎｅｇａｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｗｉｔｈｓｅｖｅｒａｌｔｙｐｉｃａｌｎｅｇａｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓａｓｅｘａｍｐｌｅｓ．Ｔｈｅｒｅｃｅｎｔｌｙｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄｍａｎｇａｎｅｓｅｎｉｔｒｉｄｅｓｎｅｇａｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｎｅｗｃｌａｓｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ

ｎｅｇａｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆ

ｎｅｇａｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎ；ｍａｎｇａｎｅｓｅｎｉｔｒｉｄｅｓ

大多数材料具有热胀冷缩的性能。材料的热胀冷缩是机械电子、光学、医学、通信等领域所面临的普遍问题之一，对各种器件的性能均有影响。因此，研究开发负热膨胀材料或零膨胀材料，实现部件热膨胀系数的可控可调，提高材料的抗热冲击性，延长材料的使用寿命，就成为亟需解决的问题。

负热膨胀指材料体积随温度升高而缩小，随温度降低而变大，与常规材料的热胀冷缩现象相反。负热膨胀材料可单

独使用，也可与常规正热膨胀材料按一定成分配比、按一定方式制备成复合材料，根据实际需求精确控制材料的膨胀系数。

１负热膨胀材料的发展历程

１９５１年，Ｈｕｍｍｅｌ发现β－锂霞石的结晶聚集体在温度达到１０００℃后，若温度继续升高则会出现体积缩小的现象［１］，从而引起了科技界对负热膨胀问题的重视。此后，科研人员相继发现一系列负热膨胀材料，但所发现的负热膨胀材料，由于响应温度远离室温、响应温度范围太窄或负膨胀系数受温度影响太大，应用受到了限制。２０世纪９０年代，随着对低膨胀材料需求的不断增多，负热膨胀材料受到广泛关注［２－１１］，其研究力度也进一步加大。１９９５年，

Ｓｌｅｉｇｈｔ等［２］发现ＺｒＶ２－ｘＰｘＯ７系列各向同性负热膨胀材料，其最大负热膨胀温度可达到９５０Ｋ；Ａ．Ｗ．Ｓｌｅｉｇｈｔ等［３］发现立方晶体结构的ＺｒＷ２Ｏ８负热膨胀材料。１９９６年，Ｔ．Ａ．Ｍａｒｙ等［４］发现ＺｒＷ２Ｏ８从０．３Ｋ到其分解温度１０５０Ｋ的整个温度范围内都具有优良的各向同性负热膨胀性能，并利用氧化物前驱物和高温淬火方法制备出了稳定的ＺｒＷ２Ｏ８。１９９７年，Ｓｌｅｉｇｈｔ等［５］发现化学通式为Ａ２Ｍ３Ｏ１２的钨酸盐和钼酸盐系列负热膨胀材料。其中，Ｓｃ２Ｗ３Ｏ１２是迄今所发现的响应温度范围最宽的负热膨胀材料，其响应温度范围为１０～１２００Ｋ［６］。１９９８年，Ｓｌｅｉｇｈｔ等［７］发现Ｌｕ２Ｗ３Ｏ１２负热膨胀材

料。这些各向同性（以ＺｒＷ２Ｏ８为代表）和各向异性（以Ｓｃ２Ｗ３Ｏ１２为代表）氧化物负热膨胀材料的发现，极大地推动了材料科学和制造业的发展［８］。进入２１世纪，负热膨胀材料成为

材料科学中的一大研究热点［４，９－１１］。日本理化学研究所发现性

能优良的搀杂锗的锰氮化物Ｍｎ３ＡＮ（

Ａ代表Ｚｎ、Ｇａ、Ｃｕ）负热膨胀材料［１２］，这种材料有望成为负热膨胀材料的一个重要研究方向。

负热膨胀材料研究进展

摘要概述负热膨胀材料的发展历程及近年的主要研究成果，介绍负热膨胀的微观机理，分析几种典型负热膨胀材料的特点，展望新型锰氮化物负热膨胀材料的应用前景，探讨负热膨胀材料研究所面临的问题。关键词负热膨胀材料；负热膨胀机理；锰氮化物中图分类号ＴＢ３４

文献标识码Ａ

文章编号１０００－７８５７（２００８）１２－００８４－０５

蔡方硕１，２，黄荣进１，２，李来风１

１．中国科学院理化技术研究所，北京１００１９０

２．中国科学院研究生院，

北京１０００４９ＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＮｅｇａｔｉｖｅＴｈｅｒｍａｌ

ＥｘｐａｎｓｉｏｎＭａｔｅｒｉａｌｓ

ＣＡＩＦａｎｇｓｈｕｏ１，２，ＨＵＡＮＧＲｏｎｇｊｉｎ１，２，ＬＩＬａｉｆｅｎｇ１

１．ＴｅｃｈｎｉｃａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９０，Ｃｈｉｎａ２．ＧｒａｄｕａｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４９，Ｃｈｉｎａ

收稿日期：２００８－０５－１２

基金项目：国家自然科学基金项目（５０６７６１０１）

作者简介：蔡方硕，北京市海淀区中关村北一条２号中国科学院理化技术研究所，

Ｅ－ｍａｉｌ：ｃａｉｆａｎｇｓｈｕｏ０６＠ｍａｉｌｓ．ｇｕｃａｓ．ａｃ．ｃｎ；李来风（通讯作者），北京市海淀区中关村北一条２号中国科学院理化技术研究所，研究员，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｆｌｉ＠ｍａｉｌ．ｉｐｃ．ａｃ．ｃｎ

综述文章（Ｒｅｖｉｅｗｓ）

２材料热膨胀性能的表征

材料热膨胀性能主要用膨胀系数α来表征。膨胀系数可定量反应材料某个方向的长度或材料的体积随温度变化的程度，分为线膨胀系数和体膨胀系数。线膨胀系数αＬ为

αＬ＝

１Ｌ?ｄＬｄＴ

Ｌ为材料的长度。体膨胀系数αＶ为

αＶ＝

１Ｖ?ｄＶｄＴ

Ｖ为材料的体积。当材料某个方向上的长度或材料的体积随温度的变化呈线性变化时，可采用平均线膨胀系数和平均体膨胀系数表示，即

α!Ｌ２

－Ｌ１

＝Ｌ２－Ｌ１Ｔ２－Ｔ１?１Ｌ１，α!Ｖ２

－Ｖ１

＝Ｖ２－Ｖ１Ｔ２－Ｔ１?１Ｖ１

其中Ｌ１，Ｖ１分别是温度为Ｔ１时材料的长度和体积，Ｌ２，Ｖ２是温度为Ｔ２时材料的长度和体积。负热膨胀材料某个方向上的长度或材料的体积会随着温度的升高而减小，因此负热膨胀材料的膨胀系数为负数。如果材料的负热膨胀系数在晶格的各个方向上具有同样的值，则称这种材料为各向同性负热膨胀材料，反之则称为各向异性负热膨胀材料。表１、表２为部分性能较好的负热膨胀材料［４－７，９，１２－１４］。

各向异性的负热膨胀材料在不同晶格方向上具有不同的膨胀性能，或是膨胀系数大小不同，或是一个方向膨胀，而另一个方向收缩，在应用上具有很大局限性。同时，各向异性材料在应用中易产生应力和微裂纹，影响材料寿命。而且由

于膨胀性能复杂，若用它制备复合膨胀材料，膨胀系数调节困难。各向同性的负热膨胀材料则不同，其在各个方向上具有相同的膨胀性能，结构也更加简单而稳定，机械性能更加优异，对复合材料的负热膨胀性能的调整也更为容易。因此，应在各向同性的负热膨胀材料中寻找具有优异负膨胀性能的材料。

３负热膨胀的机理

从材料的微观结构等方面看，负热膨胀的机理主要有４种。

３．１相变引起的负热膨胀

对于一些材料，温度的变化会引起其结构发生相变。在相变过程中，晶体的某些参数及结构的对称性会发生变化。一些由规则多面体组成的化合物，其多面体结构会随着相变而产生畸变，多面体的对称性降低，晶胞体积变小，从而引起负热膨胀效应［１５］，ＰｂＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３即属于这类由相变引发负热膨胀的材料。ＰｂＴｉＯ３晶体结构由ＰｂＯ１２和ＴｉＯ６多面体组成，ＰｂＯ１２和ＴｉＯ６多面体结构在温度高于４９０℃时为立方相，当温度低于４９０℃时发生相变，变为四方相。在这种畸变的温区，随着温度的升高，阳离子间的相互排斥力减小，多面体的畸变变小［１６］，ａ、ｂ方向的长度发生正膨胀，而ｃ方向的长度发生负膨胀，膨胀的总体效果将会使单胞体积变小，在宏观上表

现出材料体积随温度升高而减小的现象（图１）［１５］

。

３．２离子迁移引起的负热膨胀

一些材料同时存在四面体和八面体结构，这些四面体和八面体的内空隙体积大小不一。在高温时，阳离子占据着八面体空隙，四面体内的空隙是一个空位；而当温度降到某一程度时，阳离子迁移到四面体的空隙中，八面体空隙是一个空位，晶体的晶胞参数发生变化，材料在宏观上表现出负热膨

表１

各向异性负热膨胀材料

Ｔａｂｌｅ１

Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｎｅｇａｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓ

材料平均线膨胀系数／（１０－６Ｋ－１）响应温度范围／Ｋ

ＰｂＴｉＯ３

Ｌｉ２Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ８Ｓｃ２Ｗ３Ｏ１２Ｌｕ２Ｗ３Ｏ１２ＫＡｌＳｉ２Ｏ６（合成）ＫＡｌＳｉ２Ｏ６（天然）ＳｉＯ２（石英）

－５．４

－６．２－２．２－６．８－２０．８－２８．３－１２

３７３￣８７３２９８￣１２７３１０￣４５０４００～９００１０７３￣１４７３１１７３￣１４７３１３７３￣１７７３

表２

各向同性负热膨胀材料

Ｔａｂｌｅ２

Ｉｓｏｔｒｏｐｉｃｎｅｇａｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓ

材料

平均线膨胀系数

／（１０－６Ｋ－１）

响应温度范围／ＫＴｈＰ２Ｏ７ＨｆＷ２Ｏ８ＺｒＷ２Ｏ８ＺｒＶ２Ｏ７

Ｍｎ３（Ｇａ０．７Ｇｅ０．３）（Ｎ０．８８Ｃ０．１２）（Ｍｎ０．９６Ｆｅ０．０４）３（Ｚｎ０．５Ｇｅ０．５）Ｎ

－８．１－８．７－８．８－１０．８－１８－２５

５７３￣１４７３０￣１０５００．３￣１０５０３７３￣７７３１９７￣３１９３１６￣３８６

图１ＰｂＴｉＯ３晶胞参数和体积随温度的变化关系

Ｆｉｇ．１

ＣｅｌｌｅｄｇｅｓａｎｄｖｏｌｕｍｅｖｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｏｒＰｂＴｉＯ３

综述文章（Ｒｅｖｉｅｗｓ）

胀性能。锂霞石（ＬｉＡｌＳｉＯ４）的负热膨胀现象可用这种机理来解释。Ｓｌｅｉｇｈｔ等［１３］通过计算机模拟表明，随着温度降低，ＬｉＡｌＳｉＯ４晶体中一些原本占据着四面体空隙的锂离子迁移到八面体空隙中，从而引发负热膨胀。

３．３网络结构的晶体键长膨胀引起的负热膨胀

在一些具有层状网络结构或管状网络结构的晶体中，键长、键角受温度影响而变化的程度不一样。例如，随着温度升高，晶体在水平方向上键长变长，而在竖直方向上由于离子与离子之间的相互作用键长没有变化，从而引起层与层的距离减小，在该方向出现负热膨胀现象。如图２所示，当温度升高时，ａ０，ｃ０都发生了变化，其中ａ＞ａ０、ｃ＜ｃ０，即材料在ａ方向上发生正膨胀，在ｃ方向上发生负膨胀。

图２各向异性的网络结构的晶体热膨胀示意

Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｉｎｎｅｔｗｏｒｋｓ

堇青石（Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１２）、磷酸锆钠（ＮａＺｒ２Ｐ３Ｏ１２）属于这类负热膨胀的材料。在堇青石的晶体结构中，硅氧四面体组成的六元环为基本的构造单位，这种基本构造单位垂直于ｃ轴，形成层状结构，层与层之间由镁氧八面体和铝氧四面体连结。六元环中以Ｓｉ（Ａｌ）—Ｏ—Ｓｉ连接为主，Ｓｉ（Ａｌ）—Ｏ—Ｓｉ两键夹角为１７０°￣１７９°。镁氧八面体与铝氧四面体沿ｃ轴方向共棱（图３、图４）。在堇青石晶体结构中，晶体的热膨胀由两部分组成，即镁氧键长的热膨胀、六元环中Ｓｉ（Ａｌ）—Ｏ键长的热膨胀。对于Ｓｉ（Ａｌ）—Ｏ键长的热膨胀，有研究表明在堇青石中硅氧键和铝氧键的键长不会随温度的升高而增长［１７］，且硅氧键角已接近１８０°，达最大值，故在ａ，ｂ轴方向上硅氧四面体六元环的热膨胀量很小，限制了ｃ轴方向上的镁氧键长的热膨胀。镁氧键长的热膨胀只能使镁氧八面体环和铝氧四面体组成的环发生褶曲，以便与上、下的六元环连接。在ｃ轴方向，镁氧八面体与铝氧四面体共棱，由于四面体是由铝氧键构成，不产生热膨胀，所以ａ，ｂ方向镁氧键长的增大会使硅（铝）氧四面体平行于ｃ轴方向的棱稍微倾斜，导致ｃ轴方向收缩，在ｃ轴方向上出现负热膨胀［１７－１８］。磷酸锆钠（ＮａＺｒ２Ｐ３Ｏ１２）的负热膨胀性能也由这种机理引起［１９－２０］，不同的是，磷酸锆钠是随着温度的升高，在ｃ轴的方向上发生正膨胀，而在ａ，ｂ轴方向上发生负膨胀。

３．４桥原子的低能横向热振动和刚性多面体耦合转动引起的负热膨胀

一般来说，晶格振动时相邻原子间的作用力是非线性的，原子两侧所受的作用力不对称，平衡位置发生偏移，因此相邻原子间的平均距离就会增加。随着温度升高，晶胞的体积增大，出现热胀冷缩现象。但在特殊晶体中，原子可能存在横向热运动。考虑这样一个模型，在晶体结构中存在Ｍ—Ｏ—Ｍ键（Ｍ为金属原子，Ｏ为桥原子），Ｏ原子做横向振动，且Ｍ—Ｏ键的键强足够高，键长不会随温度变化而变化。这时，Ｏ原子做横向振动必然会引起非键合的Ｍ与Ｍ间距离变小（图５），当温度升高时，Ｏ原子做横向振动，ｒ０变为ｒ，ｒ＜ｒ０。

这个模型反映的只是简单的情形，在实际三维晶体中，一些晶体的结构是由ＭＯｘ多面体组成的，这些多面体氧桥原子共顶角边结在一起，而这些多面体内的Ｍ—Ｏ键强度较高，ＭＯｘ多面体的键长和键角不易随温度变化而变化，因此ＭＯｘ多面体也就不易随温度变化而变形，而桥原子的横向热振动所需的能量较低。当Ｍ—Ｏ—Ｍ中的氧原子做横向热运动时，

图３堇青石晶体结构图（垂直于ｃ轴）

Ｆｉｇ．３Ｃｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅ

（ｓｅｃｔｉｏｎｎｏｒｍａｌｔｏａｘｉｓｃ）

图４堇青石晶体结构图（平行于ｃ轴）

Ｆｉｇ．４Ｃｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅ

（ｓｅｃｔｉｏｎｐａｒａｌｌｅｌｔｏａｘｉｓｃ）

综述文章（Ｒｅｖｉｅｗｓ）

Ｆｉｇ．６Ｏｃｔａｈｅｄｒａｔｉｌｔｉｎｇｂａｃｋａｎｄｆｏｒｔｈｔｏｇｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ

图６

刚性多面体的耦合旋转示意

图５

桥原子的低能横向热振动示意Ｆｉｇ．５

Ｌｏｗｅｎｅｒｇｙｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｆｏｒａｔｗｏ－

ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｂｒｉｄｇｉｎｇａｔｏｍ

这些刚性的多面体易发生旋转耦合，这种旋转耦合的结果就是晶体的总体积减小。Ｄｏｖｅ等［２１－２３］把这种多面体定义为刚性单元模型（ＲＵＭｓ）（图６）。

在目前发现的负热膨胀材料中，由这种机制引起的有低温下的非晶ＳｉＯ２、温度为１０００℃时的晶态ＳｉＯ２

［１４］

，以及通式为

Ａ２Ｍ３Ｏ１２、ＡＭ２Ｏ７、ＡＭ２Ｏ８的氧化物负热膨胀材料，其中Ａ代表在晶体中与氧离子形成八面体的阳离子，Ｍ代表在晶体中与氧离子形成四面体的阳离子。

４负热膨胀材料的新进展

化学通式为Ｍｎ３ＡＮ（Ａ为Ｚｎ、Ｇａ、Ｃｕ）的锰氮化物具有反钙钛矿结构。Ｍｎ３ＡＮ（Ａ为Ｚｎ、Ｇａ）材料在一定温度条件下会发生磁电容积效应（ｍａｇｎｅｔｏｖｏｌｕｍｅｅｆｆｅｃｔ），表现为体积迅速缩小，具有

负热膨胀性能［２４－２６］。中子衍射实验发现，这种晶格反常变化

时，其物相将由反铁磁转变成三角Γ５ｇ自旋结构，而其立方晶

体结构不变。但作为负热膨胀材料，Ｍｎ３ＡＮ（Ａ为Ｚｎ、Ｇａ）的响应温度范围很窄，实用价值不高。Ｋ．Ｔａｋｅｎａｋａ等［１２］用Ｇｅ部分替代Ｍｎ３ＡＮ（Ａ为Ｚｎ、Ｇａ、Ｃｕ）中的Ａ元素，以寻找负热膨胀响应温度更宽的材料。结果发现，原本不会发生磁电容积效应的Ｍｎ３ＣｕＮ［２７］，在用Ｇｅ元素来部分替代Ｃｕ元素后，出现了磁电容积效应，具有了各向同性的负热膨胀性能，且随Ｇｅ取代比ｘ的增大，负热膨胀转变温度升高，负热膨胀温度范围增大。例如，当ｘ＝０．４７时，Ｍｎ３（Ｃｕ０．５３Ｇｅ０．４７）Ｎ在２６７～３４２Ｋ（温差为７５Ｋ）温度区间内的线热膨胀系数为：α＝－１６×１０－６Ｋ－１；当ｘ＝０．５时，Ｍｎ３（Ｃｕ０．５Ｇｅ０．５）Ｎ在２８０～３６５Ｋ（温差为８５Ｋ）温度区间内的线热膨胀系数为：α＝－１２×１０－６Ｋ－１。实验表明，Ｇｅ掺杂只改善了Ｍｎ３ＧｕＮ的负热膨胀性能，而对Ｍｎ３ＺｎＮ和Ｍｎ３ＧａＮ材料没有影响。在尝试用Ｇｅ元素替代Ｍｎ３ＡＮ（Ａ为Ｚｎ、Ｇａ）中Ａ的同时，用碳元素来部分替代Ｍｎ３ＡＮ（Ａ为Ｚｎ、Ｇａ）中的Ｎ元素、用Ｍｎ元素部分替代Ｍｎ３ＡＮ（Ａ为Ｚｎ、Ｇａ）中的Ａ［１２］，结果发现，Ｍｎ３（Ｇａ０．７Ｇｅ０．３）（Ｎ０．８８Ｃ０．１２）负热膨胀材料，

在１９７～３１９Ｋ温区内的线热胀系数为α＝－１８×１０－６Ｋ－１，Ｍｎ３（Ｇａ０．５Ｇｅ０．４Ｍｎ０．１）Ｎ负热膨胀材料在３１６～３８６Ｋ温区内的线热胀系数达到α＝－２５×１０－６Ｋ－１。至于加入Ｇｅ元素为何能使Ｍｎ３ＣｕＮ出现负热膨胀现象，且能拓宽负热膨胀响应温度范围，Ｋ．Ｔａｋｅｎａｋａ等提出两种可能解释：①所加入的Ｇｅ元素可能在材料中起着一种“缓冲的作用”。负热膨胀发生时，Ｇｅ元素使材料的体积不是突然地膨胀或收缩，而是让体积随温度降低（升高）慢慢地膨胀（收缩）。②Ｇｅ元素改变了发生负热膨胀时的相变机制［１２］。但其本质机理还有待于一步的深入研究。

为更进一步拓宽这类材料的负热响应温度范围，本课题组在锰氮化物研究的基础之上，通过掺杂，获得了具有优良负热膨胀性能的低温区负热膨胀材料。用Ｎｂ部分取代Ｍｎ３（Ｃｕ０．６Ｇｅ０．４）Ｎ中的Ｇｅ，结果发现，随Ｎｂ含量的增加，负热膨胀的响应温度向低温区扩展，Ｍｎ３（Ｃｕ０．６Ｎｂ０．２Ｇｅ０．２）Ｎ样品的负热温区达到７７～１７２Ｋ。同时，Ｍｎ３（Ｃｕ０．６Ｎｂ０．１５Ｇｅ０．２５）Ｎ和Ｍｎ３（Ｃｕ０．６Ｎｂ０．２Ｇｅ０．２）Ｎ的负热膨胀温区分别为９３Ｋ和９５Ｋ，比Ｍｎ３（Ｃｕ０．６Ｇｅ０．４）Ｎ大６０％左右。而Ｍｎ３（Ｃｕ０．６Ｎｂ０．１Ｇｅ０．３）Ｎ样品的

综述文章（Ｒｅｖｉｅｗｓ）

负热膨胀系数在１９９～２５６Ｋ温度范围内达到－１９．９３×１０－６Ｋ－１［２８］。对这组材料进行室温到液氮温度的磁化率测量发现，在一些样品的负热膨胀转变温度点上，非常巧合地出现了磁转变，这为今后对这类材料负热膨胀机理的研究指引了方向。

这类新型负热膨胀材料除具有响应温度范围广、负热膨胀温度区线热膨胀率稳定的特点外，与以前所发现的负热膨胀材料相比还有以下优点［１２］：①能通过变换其组成元素，或改变组成元素中一种或多种元素的含量，在单一物质中精确控制材料的膨胀系数，且热膨胀系数可调的范围较大，最大可达－２５×１０－６Ｋ－１；②材料无毒、环保、性能稳定，所用的原材料价格便宜，材料制备工序简单，容易进行产业化生产；③机械强度高，与其他材料进行复合时，可确保材料的机械强度，能应用到更多的场合中；④具有其他负热膨胀材料所没有的优良导电性和导热性，这对扩大负热膨胀材料的应用范围有着重要意义。

５结论

高性能的负热膨胀材料有着十分广泛的应用，目前国际上对负热膨胀材料的研究越来越重视，相继发现了很多性能优良的负热膨胀材料，对负热膨胀的微观机理也有了一定认识，在负热膨胀的实际应用领域中也取得了不少成果。但仍有许多问题需要深入研究，例如：①负热膨胀的微观机理有待进一步完善；②有待开发出适用于各个温区且膨胀系数理想的负热膨胀材料；③探索负热膨胀材料作为增强相与正膨胀材料为基体复合，获取任意膨胀系数及适合的机械性能、物理化学性能的材料的最佳方法与途径。随着研究的深入，更多优良的负膨胀材料将会被发现，而负膨胀材料的实际应用也会更加广泛。

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［９］ＥｖａｎｓＪＳＯ，ＨｕＺ，ＪｏｒｇｅｎｓｅｎＪＤ，ｅｔａｌ．Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｉｌｉｔｙ，ｐｈａｓｅｔｒａｎｓｉ－ｔｉｏｎｓ，ａｎｄｏｘｙｇｅｎｍｉｇｒａｔｉｏｎｉｎｚｉｒｃｏｎｉｕｍｔｕｎｇｓｔａｔｅＺｒＷ２Ｏ８［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９７，２７５（５２９６）：６１－６５．

［１０］ＥｒｎｓｔＧ，ＢｒｏｈｏｌｍＣ，ＫｏｗａｃｈＧＲ，ｅｔａｌ．ＰｈｏｎｏｎｄｅｎｓｉｔｙｏｆｓｔａｔｅｓａｎｄｎｅｇａｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｉｎＺｒＷ２Ｏ８［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ，１９９８，３９６：１４７－１４９．［１１］ＰｅｒｏｔｔｏｎｉＣＡ，ＪｏｒｎａｄａＪＡＨ．Ｐｒｅｓｓｕｒｅ－ｉｎｄｕｃｅｄａｍｏｒｐｈｉｚａｔｉｏｎａｎｄｎｅｇａｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｉｎＺｒＷ２Ｏ８［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９８，２８０（５３６５）：８８６－８８９．

［１２］ＴａｋｅｎａｋａＫ，ＴａｋａｇｉＨ．ＧｉａｎｔｎｅｇａｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｉｎＧｅ－ｄｏｐｅｄａｎｔｉ－ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅｍａｎｇａｎｅｓｅｎｉｔｒｉｄｅｓ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，２００５，８７（２６）：２６１９０２．

［１３］ＳｌｅｉｇｈｔＡＷ．Ｎｅｇａｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．Ｃｕｒｒｅｎｔｏｐｉｎｉｏｎｉｎｓｏｌｉｄｓｔａｔｅ＆ｍａｔｅｒｉａｌｓｓｃｉｅｎｃｅ，１９９８，３（２）：１２８－１３１．

［１４］ＷｈｉｔｅＧＫ．Ｓｏｌｉｄｓ：Ｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙＰｈｙｓｉｃｓ，１９９３，３４（４）：１９３－２０４．

［１５］ＳｌｅｉｇｈｔＡＷ．Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓｔｈａｔｃｏｎｔｒａｃｔｏｎｈｅａｔｉｎｇ［Ｊ］．ＩｎｏｒｇＣｈｅｍ，１９９８，３７（１２）：２８５４－２８６０．

［１６］ＢｒｏｗｎＩＤ，ＳｈａｎｎｏｎＲＤ．Ｅｍｐｉｒｉｃａｌｂｏｎｄ－ｓｔｒｅｎｇｔｈ－ｂｏｎｄ－ｌｅｎｇｔｈｃｕｒｖｅｓｆｏｒｏｘｉｄｅｓ［Ｊ］．ＡｃｔａＣｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃａＳｅｃｔｉｏｎＡ，１９７３，２９（３）：２６６－２８２．［１７］ＨｏｃｈｅｌｌａＭＦ，ＢｒｏｗｎＧＥ．Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆａｎｏｍａｌｏｕｓｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｏｆｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅ－ｂｅｒｙｌａｎｄｏｔｈｅｒｆｒａｍｅｗｏｒｋｓｉｌｉｃａｔｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｅｒａｍｉｃＳｏｃｉｅｔｙ，１９８６，６９（１）：１３－１８．

［１８］张振禹，刘蔚玲，耿建刚．堇青石低热膨胀机理研究［Ｊ］．地质科学，１９９７，３２（１）：３０８－３１２．

ＺｈａｎｇＺｈｅｎｙｕ，ＬｉｕＷｅｉｌｉｎｇ，ＧｅｎｇＪｉａｎｇａｎｇ．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｌｏｇｙ，１９９７，３２（１）：３０８－３１２．

［１９］ＬｉｃｈｔｅｎｓｔｅｉｎＡＩ，ＪｏｎｅｓＲＯ，ＸｕＨ，ｅｔａｌ．Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｉｎｔｈｅｓｉｌｉｃａｔｅｂｅｔａ－ｅｕｃｒｙｐｔｉｔｅ：Ａｎｅｕｔｒｏｎｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎａｎｄｄｅｎｓｉｔｙｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｓｔｕｄｙ［Ｊ］．ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗＢ，１９９８，５８（１０）：６２１９．

［２０］ＳｌｅｉｇｈｔＡＷ．Ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｅｎｄｅａｖｏｕｒ，１９９５，１９（２）：６４－６８．［２１］ＧｉｄｄｙＡＰ，ＤｏｖｅＭＴ，ＰａｗｌｅｙＧＳ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｒｉｇｉｄ－ｕｎｉｔｍｏｄｅｓａｓｐｏｔｅｎｔｉａｌｓｏｆｔｍｏｄｅｓｆｏｒｄｉｓｐｌａｃｉｖｅｐｈａｓｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓｉｎｆｒａｍｅｗｏｒｋｃｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＡｃｔａＣｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃａＳｅｃｔｉｏｎＡ，１９９３，４９（５）：６９７－７０３．

［２２］ＤｏｖｅＭＴ，ＨｅｉｎｅＶ，ＨａｍｍｏｎｄｓＫＤ．Ｒｉｇｉｄｕｎｉｔｍｏｄｅｓｉｎｆｒａｍｅｗｏｒｋｓｉｌｉｃａｔｅｓ［Ｊ］．ＭｉｎｅｒａｌＭａｇ，１９９５，５９（４）：６２９－６３９．

［２３］ＨａｍｍｏｎｄｓＫＤ，ＤｏｖｅＭＴ，ＧｉｄｄｙＡＰ，ｅｔａｌ．Ｒｉｇｉｄ－ｕｎｉｔｐｈｏｎｏｎｍｏｄｅｓａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｈａｓｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓｉｎｆｒａｍｅｗｏｒｋｓｉｌｉｃａｔｅｓ［Ｊ］．ＡｍｅｒｉｃａｎＭｉｎｅｒａｌｏｇｉｓｔ，１９９６，８１（９）：１０５７－１０７９．

［２４］ＦｒｕｃｈａｒｔＤ，ＢｅｒｔａｕｔＥＦ，ＭａｄａｒＲ，ｅｔａｌ．ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｍａｇｎｅｔｉｑｕｅｅｔｒｏｔａｔｉｏｎｄｅｓｐｉｎｄｅＭｎ３ＮｉＮ［Ｊ］．ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＣｏｍｍｕｎ，１９７１，９（２１）：１７９３．［２５］ＦｒｕｃｈａｒｔＤ，ＢｅｒｔａｕｔＥ．Ｍａｇｎｅｔｉｃｓｔｕｄｉｅｓｏｆｔｈｅｍｅｔａｌｌｉｃｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ－ｔｙｐｅｃｏｍｐｏｕｎｄｓｏｆｍａｎｇａｎｅｓｅ［Ｊ］．ＪＰｈｙｓＳｏｃＪｐｎ，１９７８，４４（３）：７８１－７９１．

［２６］ＫｉｍＷＳ，ＣｈｉＥＯ，ＫｉｍＪＣ，ｅｔａｌ．ＣｒａｃｋｓｉｎｄｕｃｅｄｂｙｍａｇｎｅｔｉｃｏｒｄｅｒｉｎｇｉｎｔｈｅａｎｔｉｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅＺｎＮＭｎ３［Ｊ］．ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗＢ（ＣｏｎｄｅｎｓｅｄＭａｔｔｅｒａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓＰｈｙｓｉｃｓ），２００３，６８（１７）：１７２４０２．１－４．

［２７］ＣｈｉＥＯ，ＫｉｍＷＳ，ＨｕｒＮＨ．ＮｅａｒｌｙｚｅｒｏｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｉｎａｎｔｉｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅｃｏｍｐｏｕｎｄＣｕＮＭｎ３［Ｊ］．ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＣｏｍｍｕｎ，２００１，１２０（７－８）：３０７－３１０．

［２８］ＨｕａｎｇＲＪ，ＸｕＷ，ＸｕＸＤ，ｅｔａｌ．ＮｅｇａｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＭｎ３（Ｃｕ０．６ＮｂｘＧｅ０．４－ｘ）Ｎ（ｘ＝０．０５￣０．２５）ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＬｅｔｔｅｒｓ，２００８，６２：２３８１－２３８４．

（责任编辑陈广仁）

综述文章（Ｒｅｖｉｅｗｓ）

纳米磁性材料的制备和研究进展综述教案资料

纳米磁性材料的制备和研究进展综述 一．前言 纳米材料又称纳米结构材料 ,是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围内的材料 (1-100 nm) ,或由它们作为基本单元构成的材料 ,是尺寸介于原子、分子与宏观物体之间的介观体系。磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H 作用下，必有相应的磁化强度M 或磁感应强度B，它们随磁场强度H 的变化曲线称为磁化曲线（M～H或B～H曲线）。因此 ,纳米磁性材料的特殊磁性可以说是属于纳米磁性。 司马迁《史记》记载黄帝作战所用的指南针是人类首次对磁性材料的应用。而今纳米磁性材料广泛应用于生物学，磁流体力学，原子核磁学，机体物理学，磁化学，

天文学，磁波电子学等方面。随着雷达、微波通信、电子对抗和环保等军用、民用科学技术的,微波吸收材料的应用日趋广泛 ,磁性纳米吸波材料的研究受到人们的关注。纳米磁性材料也对人们的生产与生活带来诸多的利益。 本次综述，主要针对磁性纳米材料的制备方法和研究进展两个问题进行阐述。首先，介绍磁性纳米材料的发展历史，可以追溯到黄帝时期。其次，介绍磁性纳米材料的分类。------再次，重点介绍磁性纳米材料是怎么制备的。其制备方法一般分为三大类：1.由上到下，即由大到小，将块材破碎成纳米粒子，或将大面积刻蚀成纳米图形等。2.由下到上，即由小到大，将原子，分子按需要生长成纳米颗粒，纳米丝，纳米膜或纳米粒子复合物 3. 气相法、液相法、固相法等。第四、介绍磁性纳米材来噢的现状和发展前景。最后，将全文主题扼要总结，并且找出研究的优缺点和差距，提出自己的见解。 二、主题 1、纳米磁性材料的发展史 磁性材料是应用广泛、品类繁多、与时俱进的一类功能材料，磁性是物质的基本属性之一。人们对物质磁性的认识源远流长，早在公元前四世纪,人们就发现了天然的磁石(磁铁矿Fe3O4),，据传说，那是黄帝大战蚩尤于涿鹿，迷雾漫天，伸手不见五指，黄帝利用磁石指南的特性，制备了能指示方向的原始型的指南器，遂大获全胜．古代取其名为慈石，所谓“慈石吸铁，母子相恋”十分形象地表征磁性物体间的互作用。人们对物质磁性的研究具有悠久的历史,是在十七世纪末期和十八世纪前半叶开始发展起来的。1788年,库仑(Coulomb)把他的二点电荷之间的相互作用力规律推广到二磁极之间的相互作用上。1820年,丹麦物理学家奥斯特(Oersted)发现了电流的磁效应;同年法国物理学家安培(Ampere)提出了分子电流假说,认为物质磁性起源于分子电流。

磁性材料研究进展

磁性材料 引言 磁性材料作为重要的基础功能材料，已广泛用于信息、能源、交通运输、工业、农业及人们日常生活的各个领域，对社会进步和经济发展起着至关重要的推动作用。人们习惯按矫顽力的高低，对磁性材料进行分类：矫顽力大于1000A／m则称为硬磁材料，当硬磁材料受到外磁场磁化后，去掉外磁场仍能保留较高的剩磁，因此又称之为永磁材料或恒磁材料；矫顽力小于lOOA／m则称为软磁材料；矫顽力100A／m

浅谈负泊松比材料及其在土木工程中的应用

浅谈负泊松比材料及其在土木工程中的应用 发表时间：2018-05-15T14:56:59.703Z 来源：《知识-力量》2018年3月上作者：张涛1 吴江川2 陈博3 [导读] 本文主要介绍了负泊松比材料的发展概况、分类以及负泊松比材料的力学性能和它在土木工程中的应用。 （1.重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074；2.重庆交通大学土木工程学院,重庆 400074；3.重庆交通大学土木工程学院,重庆 400074）摘要：负泊松比材料作为现代新型高性能材料，它具有许多与普通材料不同的性质。它与普通材料最大的区别就在于它的几何性质--受拉时其垂直方向膨胀，受压时垂直方向收缩。本文主要介绍了负泊松比材料的发展概况、分类以及负泊松比材料的力学性能和它在土木工程中的应用。 关键词：负泊松比；分类；性能；应用 以著名法国数学家西蒙·泊松命名的泊松比,用公式表示为: 。式中:εj表示横向收缩应变,εi表示纵向伸长应变；i、j分别为两相互垂直的坐标轴。自然界大多数材料是正泊松比材料，受拉时横截面面积将变小,受压时横截面面积变大；自然界中也存在与此性质相反的材料，拉时横截面面积将变大,受压时横截面面积变小。如黄铁矿、砷、镉和一些动物的皮肤就是天然的负泊松比材料。 一、负泊松比材料研究概况 自20世纪80年代Lakes首次通过对普通聚合物泡沫的处理得到具有特殊微观结构的负泊松比材料,测得其泊松比值为-0.7后，负泊松比材料的相关研究从此变得日益活跃，越来越多的科研人员投入到负泊松比材料的研究之中。目前对负泊松比材料的研究主要分为以下四方面：(l)各种负泊松比材料的制备及微观结构特征研究；(2)引起材料负泊松比的机理研究；(3)负泊松比材料的静、动力学行为研究；(4)负泊松比材料的应用研究。 二、负泊松比材料分类 Lakes首次对普通聚合物处理得到负泊松比材料后，近三十年以来，与负泊松比材料的相关的研究越来越多、涉及领域越来越广泛，拓扑学的引入更是为探索新型负泊松比结构垫定了数学基础。目前负泊松比材料类型主要分为以下几类：1、多孔状负泊松比材料 多孔状负泊松比材料包括泡沫材料和蜂巢状结构材料，它是指一相为固体,另一相完全由孔隙或液体组成的复合材料,如自然界的岩石、木材等。多孔状负泊松比材料可以在二维结构结构上具有负泊松比效应,也可以三维结构上具有负泊松比效应。目前已发现，在二维结构上由内凹泡孔结构单元组成的蜂窝状固体材料具有负泊松比值；在三维结构上Lakes和 Witt通过对传统结构单元进行转变得到三维内凹结构单元，三维凹结构单元组成的多空状材料具有负泊松比效应。 2、负泊松比复合材料 负泊松比复合材料包含两类，第一类是由普通材料通过特别的铺层方式形成的负泊松比复合材料;另一类就是引入负泊松比增强纤维或者其他负泊松比材料来使复合材料具有负泊松比效应。第一类负泊松比复合材料制备较第二类负泊松比复合材料制备更难，所以一般制备的负泊松比复合材料都是通过第二类方法进行制备。 3、分子负泊松比材料 分子负泊松比材料是指微观结构上具有负泊松比结构（如有倒插蜂窝网络形状）的一类材料。这种材料通过微观上的负泊松比效应的某种叠加机制，最终形成这种宏观层面上的负泊松比效应的物质。目前从分子层面上，设计一种负泊松比材料是不少科研人员研究负泊松比材料的方向。比如说，Evans等基于凹式蜂窝几何学的立体分子网络进行了负泊松比效应预测；Baughman等提出一种由聚二炔链组成的三维分子网络可表现出负泊松比效应。 三、负泊松比材料的力学性能 负泊松比材料由于它特殊的几何结构和力学反应导致了它具有许多普通材料不具备的优异性能，其主要力学性能主要分为以下几种：（1）抗爆抗冲击性能，在冲击过程中，破口周围材料由于负泊松比效应，会向破口聚，将破口填充，封闭或减小弹孔，提高抗爆抗冲击能力。因此，它可以作为于舰艇、坦克等的防御装甲。 （2）缺口断裂韧性高，根据张耀强等人进行的负泊松比材料与正泊松比材料的对比实验，可知负泊松比材料因为存在独特的裂纹尖端应力场，所以它在断裂破坏时断裂强度比普通材料更大、断裂韧性也比普通材料更大。 （3）剪切模量高，根据负泊松比泡沫材料的抗剪实验数据可以得到其剪切模量最高可以达到普通泡沫的2倍左右，远远超过一般材料。一般大型飞机机身蒙皮要承受较大的扭转载荷，芯层的泡沫或蜂窝极易被剪切破坏，所以一般都选用负泊松比泡沫或蜂窝作为夹芯材料。 （4）减振吸能，张梗林等人通过对负泊松比蜂窝材料与正泊松比材料分别构成的减振器实验分析得到负泊松比材料构成的减振器的性能更优。这是因为蜂窝隔振器内部是由蜂窝胞元周期性组合而成，具有良好的变形特性，可以将动能转化为应变能，从而达到减振效果。 四、负泊松比效应在土木工程中的应用 负泊松比材料的优异性质目前主要应用于航天飞机蒙皮制造以及船舶防撞装置设计。在土木工程方面的应用也有不少，主要目前主要有以下几方面。 （1）桥梁伸缩缝装置，2015年长安大学的尹冠生教授等人成功实现了基于负泊松比结构的桥梁伸缩缝装置。桥梁变形要求伸缩缝在平行、垂直于桥梁轴线的两个方向，均能自由伸缩、牢固可靠；车辆行驶过时应平顺、无突跳与噪声；要能防止雨水和垃圾泥土渗入阻塞；安装、检查、养护、消除污物都要简易方便。而负泊松比蜂窝结构具有拉时其垂直方向膨胀，受压时收缩的性能。所以安装在梁体间隙之间具有足够的变形能力，同时负泊松比效应使得材料的力学性能得到增强使蜂窝结构在横向和竖向具有一定的承载能力，这样既可满足桥上汽车平稳通过，又能满足桥梁横向具有足够的刚度和强度。 （2）以NPR锚杆/索支护原理为基础的围岩支护体系的应用，何满潮等根据负泊松比材料的结构效应，设计了宏观尺度上的NPR锚杆/索，通过的带有椎体的杆件与套管的相对滑移实现拉伸-膨胀效应，以钢构件的摩擦损耗吸收岩体多余的变形能，实现了岩体大变形的控制加固、监测预警技术。该应用在岩石力学领域首次提出NPR支护的概念及其理论应用。

磁性材料的研究现状与应用

磁性材料的研究现状与应用 磁性材料是功能材料的重要分支，利用磁性材料制成的磁性元器件具有转换、传递、处理信息、存储能量、节约能源等功能，广泛地应用于能源、电信、自动控制、通讯、家用电器、生物、医疗卫生、轻工、选矿、物理探矿、军工等领域,尤其在信息技术领域已成为不可缺少的组成部分。 磁性材料大体上分为两类：其一为铁磁有序的金属磁性材料；其二绝大多数为亚铁磁有序、具有半导体导电性质的非金属磁性材料。磁性材料的发展过程大致可分为三个阶段：50年代以前主要研究金属磁性材料；50到80年代为铁氧体的黄金时代，除电力工业外，各领域中铁氧体占绝对优势；90年代以来，纳米磁性材料崛起。磁性材料由3d过渡族金属与合金的研究扩展到3d-(4f,4d,5d,5f)合金与化合物的研究与应用。同时，磁性功能材料也得到了显著的进展。 一、磁性的描述 磁及磁现象的根源是电流，或者说磁及磁现象的微观机制是电荷的运动形成原子磁矩造成的，而且，所有的物质都是磁性体，只是由于构成物质的原子结构不同，而显示出的磁学性能不同。有铁磁性、亚铁磁性、反铁磁性、顺磁性、抗磁性以及无磁性等。描述材料的磁性的物理量有磁化强度M、磁化率χ、磁感应强度B、磁导率μ。 根据物质磁化率的符号和大小，可以把物质的磁性大致分为五类：抗磁体、顺磁体、铁磁体、亚铁磁体和反铁磁体。影响材料性质的有磁化强度随温度的变化。即在不同温度下，磁化强度不同的性质。铁磁材料的自发磁化在居里温度Tc处发生相变，Tc以下为铁磁性，而Tc以上铁磁性消失。同样亚铁磁性材料也具有类似的特性。另外一个必须注意的因素便是磁各向异性，即磁学特性随材料的晶体学方向不同而不同的性质，典型特征便是在不同方向施加磁场会测得不同的磁滞回线。 磁性材料的基本特征可以分为两大类： (1)完全由物质本身(成分组分比)决定的特性。主要有饱和磁化强度Ms和磁感应强度Bs; (2)由物质决定,但随其晶体组织结构变化的特性。主要有磁导率、矫顽力Hc和矩形比Br/Bs，以及磁各向异性。 由此，利用和开发磁性材料就需要有分析技术和加工工艺两个方面的进展。从历史上而言，按材料加工技术进展区分，大体可有以下几个阶段： (1)熔炼铸造技术，获得铁及其合金等软磁和永磁材料。 (2)粉末冶金，开发绝缘性磁性材料、陶瓷材料和稀土永磁材料。 (3)真空镀膜，开发了镀膜磁性材料及非晶磁性材料，制成磁纪录介质及微磁学器件。 (4)单原子层控制技术，制备了定向晶体学取向型、巨磁电阻多层膜、人工超晶格等有特殊用途的磁性材料。 而磁性材料的开发和利用，也就是采取以上这几种技术工艺方法来加强所需要的性能，抑制不利于所需性能的因素。 二、软磁材料和永磁材料 软磁材料，也是高磁导率材料，是应用中占比例最大的传统磁性材料，多用于磁芯。是指由较低的外部磁场强度就可获得很大的磁化强度及高密度磁通量的材料，对这种材料的基本要求是： (1)初始磁导率μi和最大磁导率μm要高，以提高功能效率； (2)剩余磁通密度Br要低，饱和磁感应强度Ms要高,以节省资源并迅速响应外磁场； (3)矫顽力Hc要小，以提高高频性能； (4)铁损要低以提高功能效率；

材料的热膨胀系数

https://www.doczj.com/doc/7511217926.html,/p-50731110.html 陶粒5.83 耐火粘土砖的热膨胀系数是多少呀？ (4.5-6)×10的负6次方/℃ 材料的热膨胀系数 Material 10-6 in./in.*/°F 10-5 in./in.*/°C High Low High Low 锌及其合金Zinc & its Alloysc 19.3 10.8 3.5 1.9 铅及其合金Lead & its Alloysc 16.3 14.4 2.9 2.6 镁合金Magnesium Alloysb 16 14 2.8 2.5 铝及其合金Aluminum & its Alloysc 13.7 11.7 2.5 2.1 锡及其合金Tin & its Alloysc 13 - 2.3 - 锡铝黄铜Tin & Aluminum Brassesc 11.8 10.3 2.1 1.8 黄铜或铅黄铜Plain & Leaded Brassesc 11.6 10 2.1 1.8 银Silverc 10.9 - 2 - 铬镍耐热钢Cr-Ni-Fe Superalloysd 10.5 9.2 1.9 1.7 Heat Resistant Alloys (cast)d 10.5 6.4 1.9 1.1 Nodular or Ductile Irons (cast)c 10.4 6.6 1.9 1.2 不锈钢Stainless Steels (cast)d 10.4 6.4 1.9 1.1 锡青铜Tin Bronzes (cast)c 10.3 10 1.8 1.8 奥氏体不锈钢Austenitic Stainless Steelsc 10.2 9 1.8 1.6 磷硅青铜Phosphor Silicon Bronzesc 10.2 9.6 1.8 1.7 铜Coppersc 9.8 - 1.8 - Nickel-Base Superalloysd 9.8 7.7 1.8 1.4 铝青铜Aluminum Bronzes (cast)c 9.5 9 1.7 1.6 Cobalt-Base Superalloysd 9.4 6.8 1.7 1.2 铍（青）铜Beryllium Copperc 9.3 - 1.7 - Cupro-Nickels & Nickel Silversc 9.5 9 1.7 1.6 镍及其合金Nickel & its Alloysd 9.2 6.8 1.7 1.2

负泊松比(拉胀)材料相关资料收集

负泊松比（拉胀）材料相关资料收集 一、概述 泊松比是基本的材料参数之一，衡量了固体在垂直加载方向变形与加载方向变形之间的比值，变化范围在0。5与-1之间。 下表是一些材料的典型泊松比值： Material poisson's ratio rubber~ 0。50 gold0。42 saturated clay 0。40–0。50 magnesium0。35 titanium0。34 copper0。33 aluminium-alloy 0。33 clay0。30–0。45 stainless steel0。30–0。31 steel0。27–0。30 cast iron0。21–0。26 sand0。20–0。45 concrete0。20 glass0。18–0。3 foam0。10–0。40 cork~ 0。00 auxetics negative 泊松比作为基本的弹性常数，可以由体积模量K和剪切模量G的比值来确定，满足如下关系： 这意味着泊松比实际上表征了材料在载荷作用下发生形状畸变或者体积变形之间的竞争。 通常情况下，材料具有正的泊松比(Positive Poisson Ratio)，即材料在受到纵向拉伸时，横向尺寸收缩。如果横向尺寸变大，这种材料就是负泊松比（Negative Poisson Ratio，简称为NPR或Auxetic）材料。 二、历史

1982年，Ashby首次指出具有细胞状结构的材料，在变形时，能产生负的泊松比。人们也已经发现合成材料能够产生负泊松比的现象，如：“可再入”泡沫材料、多孔聚合物、聚合物层压材料。 从分子设计出发合成负泊松比材料少有报道。Evans于1991年用分子模拟技术，利用分子内的自由体积，从几何结构出发，设计了一种可能产生NPR效应的二维分子网络结构，提供了一个从分子水平裁剪泊松比的例子。1997年，Griffin 提出了一种基于主链型液晶高分子NPR材料的模型（Fig。 1），随后又从理论上计算了这种分子模型产生负泊松比时横向液晶基元需要满足的尺寸条件。 受Griffin分子模型的启发，通过液晶共聚酯实现负泊松比效应的尝试，合成了一系列有望具有负泊松比效应的液晶共聚酯（Fig。 2）。 三、实例 聚乙烯醇(PVA)水凝胶 具有特殊多孔结构，除有高含水性、高弹性、化学稳定性、对小分子的透过性以及良好的生物相容性，还具有负泊松比效应的可设计性，可作为软骨、椎间盘、肌肉韧带等软组织的替代植入修复材料，应用在生物医用材料领域，缓解动脉硬化、血栓等血管疾病对人体造成的危害。虽然人们已对一些生物组织和生物材料的负泊松比效应进行了研究，但迄今为止还没有出现临床应用的生物功能拉胀材料的相关报道；在关于多孔聚乙烯醇(PVA)水凝胶出现负泊松比效应的微观结构、形态与形变机理等方面，国内外研究较少，对相关的材料体系缺乏充分的实验数据和理论依据。 液晶高分子聚酯阻燃PVC 经分子设计，通过2，5—二对烷氧基苯酰氧基对苯二酚、4，4&apos；—二羟基—αω—二苯氧基癸烷和4，4&apos；—癸二酰氧基二苯甲酰氯之间的缩合反应合成了一系列具有负泊松比潜能的液晶共聚酯。 所有聚合物的熔点都非常低，表明合成的一系列液晶聚合物非常容易进入液晶态，并且液晶场能够很好地保存到室温。另外，所得聚合物的分解温度都高于聚合物的清亮点，这为负泊松比材料的加工提供了条件。

关于磁性材料的发展研究综述

关于磁性材料的发展研究综述 关键词：磁性材料、钕铁硼永磁材料、纳米磁性材料、磁电共存、应用及前景 摘要：磁性材料，是古老而用途十分广泛的功能材料，与信息化、自动化、机电一体化、国防、国民经济的方方面面紧密相关。人们对钕铁硼永磁材料的研究和优化，是磁性材料进一步发展，并逐渐深入到纳米磁性材料的研发和研究…… 关于磁性材料的研究发展综述 一、磁性材料简介 实验表明，任何物质在外磁场中都能够或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同。根据物质在外磁场中表现出的特性，物质可分为五类：顺磁性物质，抗磁性物质，铁磁性物质，亚磁性物质，反磁性物质。根据分子电流假说，物质在磁场中应该表现出大体相似的特性，但在此告诉我们物质在外磁场中的特性差别很大．这反映了分子电流假说的局限性。实际上，各种物质的微观结构是有差异的，这种物质结构的差异性是物质磁性差异的原因。我们把顺磁性物质和抗磁性物质称为弱磁性物质，把铁磁性物质称为强磁性物质。通常所说的磁性材料是指强磁性物质。磁性材料按磁化后去磁的难易可分为软磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁性材料，不容易去磁的物质叫硬磁性材料。一般来讲软磁性材料剩磁较小，硬磁性材料剩磁较大。 二、磁性材料分类 磁性是物质的一种基本属性。实验表明，任何物质在外磁场中都能够或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同。物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质。铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质，抗磁性和顺磁性物质为弱磁性物质。磁性材料按性质分为金

属和非金属两类，前者主要有电工钢、镍基合金和稀土合金等，后者主要是铁氧体材料。按使用又分为软磁材料、硬磁材料和功能磁性材料。功能磁性材料主要有磁致伸缩材料、磁记录材料、磁电阻材料、磁泡材料、磁光材料，旋磁材料以及磁性薄膜材料等，反映磁性材料基本磁性能的有磁化曲线、磁滞回线和磁损耗等。 1、软磁材料软磁材料亦称高磁导率材料、磁芯材料，对磁场反应敏感，易于 磁化。大体上可分为四类：①合金薄带或薄片：FeNi(Mo)、FeSi、FeAl等。 ②非晶态合金薄带：Fe基、Co基、FeNi基或FeNiCo基等配以适当的Si、 B、P和其他掺杂元素,又称磁性玻璃。。磁介质（铁粉芯）:FeNi(Mo)、FeSiAl、 羰基铁和铁氧体等粉料，经电绝缘介质包覆和粘合后按要求压制成形。④铁氧体：包括尖晶石型──M O·Fe2O3 (M代表NiZn、MnZn、MgZn、Li1/2Fe1/2Zn、CaZn等),磁铅石型──Ba3Me2Fe24O41(Me代表Co、Ni、Mg、Zn、Cu及其复合组分)。 2、硬磁材料硬磁材料，又称永磁材料，不易被磁化，一旦磁化，则磁性不易消 失。目前使用的永磁材料答题分为四类：①阿尔尼科磁铁：其构成元素Al、Ni、Co（其余为Fe），是强磁性相α1在非磁性相α2中以微晶析出而呈现高矫顽力的材料，对其进行适当处理，可增大磁积能。②铁氧体永磁材料：以Fe2O3为主要成分的复合氧化物，并加入钡的碳酸盐。③稀土类钴系磁铁：含有稀土金属的钴系合金，具有非常强的单轴磁性各向异性。④钕铁硼系稀土永磁合金：该合金采用粉末冶金方法制造，是由④Nd2Fe14B、 Nd2Fe7B6和富Nd相（Nd-Fe，Nd-Fe-O）三相构成，其磁积能是目前永磁材料中的最高纪录。 三、磁性材料的应用 由于磁体具有磁性，所以在功能材料中备受重视。磁体能够进行电能转换（变压器）、机械能转换（磁铁、磁致伸缩振子）和信息储存（磁带）等。 磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。由于铁磁

分子磁性材料及其研究进展

第27卷第4期2012年8月 大学化学 UNIVERSITY CHEMISTRY Vol.27No.4 Aug.2012　 分子磁性材料及其研究进展* 袁梅　王新益　张闻　高松** (北京大学化学与分子工程学院　北京100871) 摘要　对分子磁性材料的一些基本概念和磁学现象作了简单介绍,主要包括磁耦合二磁有序二磁弛豫和自旋交叉等几个方面三重点综述了单分子磁体二单链磁体二自旋交叉化合物二多功能复合磁体以及磁性分子组装领域的研究进展三 关键词　分子磁性　单分子磁体　单链磁体　自旋交叉　多功能复合磁体 分子磁性材料是一类通过化学方法将自由基或顺磁离子(包括过渡金属离子和稀土金属离子)及抗磁配体以自发组装和控制组装的方式组合而形成的磁性化合物三由于较传统磁体有着密度小二透明度高二溶解性好二易于加工二可控性好等优点,并有望在航天材料二微波材料二信息记录材料二光磁及电磁材料等领域得到应用,所以近年来对分子磁性的研究已经成为化学二物理学以及材料科学等多个领域研究的热点之一[1]三 分子磁性是指由材料中具有未成对电子的顺磁中心在配位化学环境中通过孤立或者协同作用表现出来的行为三通过研究孤立顺磁离子在配体场中的自旋状态,人们可以实现高低自旋态之间的转变,并通过温度二压力二光照等外场实现可控调节[2];通过研究自旋之间的协同行为,人们可以对磁耦合作用二磁有序温度等进行调节,从而得到各种具有不同体相磁性质的材料三除了常见的抗磁二顺磁二铁磁二亚铁磁和反铁磁性外,在分子磁性材料中还发现了很多新颖和复杂的磁现象,如单分子磁体二单链磁体二自旋交叉等磁性双稳态,spin?flop转变,变磁性和弱铁磁性等三化学家希望在分子化合物中实现和观察到这些新的磁现象,给物理学家提供新的研究模型,进而探讨它们的物理机制三本文将对这些分子磁性材料的基本概念和各种磁现象作简单介绍,并对目前的若干研究热点如单分子磁体二单链磁体以及自旋交叉配合物等作重点介绍[3?5]三 1　磁耦合[6?10] 要得到具有协同磁作用的磁性材料,体系中就必须存在磁耦合三在量子理论中,耦合也称为交换(exchange),最重要的几种交换作用包括直接交换二间接交换二各向异性交换以及偶极?偶极交换等三1.1　直接交换 直接交换(direct exchange)作用起源于相邻原子轨道的重叠,仅涉及相邻原子局域的电子自旋,即原子间没有其他原子来隔开传递交换的通路三这种作用主要存在于金属和合金中,而在金属配合物中则可以被忽略三 * **基金资助:国家自然科学基金项目;科技部项目通讯联系人,E?mail:gaosong@https://www.doczj.com/doc/7511217926.html,

磁性材料的研究进展汇总

《磁性材料的研究进展》 学院：物理与材料科学学院 班级：13级材料物理 姓名: 王郁 学号：B51314019 指导老师：李秋菊 完成日期：2016年5月11日

摘要： 目前，磁性材料蓬勃发展，磁性材料的应用已渗透到国防、工业、信息等各个领域，对我们的生活产生了巨大的影响。同时，各种新磁性材料的诞生，也不断推动着现代材料科学的进展。本文对磁性材料进行了概述，并简介了其最新研究进展，尤其是对稀土磁性材料、巨磁电阻材料、纳米微晶磁性材料的研究进展进行了详细论述。 关键词： 磁性材料铁氧体稀土磁性材料巨磁电阻材料 前言 磁性材料广义上分为两大类:软磁材料和硬磁材料。软磁材料能够用相对低的磁场强度磁化,当外磁场移走后保持相对低的剩磁。软磁材料的矫顽力为400～0116A?m-1 ,主要应用于任何包括磁感应变化的场合。硬磁材料是在经受外磁场后能保持大量剩磁的磁性材料,这类磁性材料的典型矫顽力值,Hc为10～1000kA?m-1 ,具有高Hc值的硬磁材料称为永磁材料,主要用于提供磁场。磁性材料的磁导率、矫顽力、磁致损失、剩磁和磁稳定性是结构敏感性的,这些性能可以通过加工(包括机械加工和热处理)来控制。目前,磁性材料的研究方向主要有软磁材料、硬磁材料、磁力学材料、磁电子材料。磁性材料的进展大致上分几个历史阶段：当人类进入铁器时代时，标志着金属磁性材料的开端。直到18世纪，金属镍、钴相继被提炼成功，这一漫长的历史时期是3d过渡族金属磁性材料生产与原始应用的阶段；20世纪初期，FeSi、FeNi、FeCoNi磁性合金人工制备成功，并广泛地应用于电力工业、电机工业等行业，成为3d过渡族金属磁性材料的鼎盛时期；从20世纪50年代开始，3d过渡族的磁性氧化物(铁氧体)逐步进入生产旺期，由于铁氧体具有高电阻率，高频损耗低等优点，从而为当时兴起的无线电、雷达等工业的发展提供了所必需的磁性材料，标志着磁性材料进入到铁氧体的历史阶段；1967年，SmCo合金问世，这是磁性材料进入稀土-3d化合物领域的历史性开端。巨磁致收缩材料与稀土磁光材料的问世更丰富了稀土-3d化合物磁性材料的内涵。1972年的非晶磁性材料与1988年的纳米微晶材料的呈现，更添磁性材料新风采。1988年，磁电阻效应的发现揭开了自旋电子学的序幕．因此从20世纪后期延续至今，磁性材料进入了前所未有的兴旺发达时期，并融入到信息行业，成为信息时代重要的基础性材料之一。 1、磁性材料的分类 磁性材料从材质和结构上讲，可分为金属及合金磁性材料和“铁氧体磁性材料两大类，铁氧体磁性材料又分为多晶结构和单晶结构材料[1]。从应用功能上讲，磁性材料分为：软磁材料、永磁材料、磁记录-矩磁材料、旋磁材料等种类。软磁材料、永磁材料、磁记录-矩磁材料中既有金属材料又有铁氧体材料；而旋磁材料和高频软磁材料就只能是铁氧体材料了，因为金属在高频和微波频率下将产生巨大的涡流效应，导致金属磁性材料无法使用，而铁氧体的电阻率非常高，将有效的克服这一问题、得到广泛应用。磁性材料从形态上讲。包括粉体材料、液

负热膨胀材料研究进展

ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｍａｊｏｒａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓｏｆｓｔｕｄｉｅｓｏｎｎｅｇａｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｖａｒｉｏｕｓｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｔｏｅｘｐｌａｉｎｎｅｇａｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｗｉｔｈｓｅｖｅｒａｌｔｙｐｉｃａｌｎｅｇａｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓａｓｅｘａｍｐｌｅｓ．Ｔｈｅｒｅｃｅｎｔｌｙｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄｍａｎｇａｎｅｓｅｎｉｔｒｉｄｅｓｎｅｇａｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｎｅｗｃｌａｓｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｎｅｇａｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆ ｎｅｇａｔｉｖｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎ；ｍａｎｇａｎｅｓｅｎｉｔｒｉｄｅｓ 大多数材料具有热胀冷缩的性能。材料的热胀冷缩是机械电子、光学、医学、通信等领域所面临的普遍问题之一，对各种器件的性能均有影响。因此，研究开发负热膨胀材料或零膨胀材料，实现部件热膨胀系数的可控可调，提高材料的抗热冲击性，延长材料的使用寿命，就成为亟需解决的问题。 负热膨胀指材料体积随温度升高而缩小，随温度降低而变大，与常规材料的热胀冷缩现象相反。负热膨胀材料可单 独使用，也可与常规正热膨胀材料按一定成分配比、按一定方式制备成复合材料，根据实际需求精确控制材料的膨胀系数。 １负热膨胀材料的发展历程 １９５１年，Ｈｕｍｍｅｌ发现β－锂霞石的结晶聚集体在温度达到１０００℃后，若温度继续升高则会出现体积缩小的现象［１］，从而引起了科技界对负热膨胀问题的重视。此后，科研人员相继发现一系列负热膨胀材料，但所发现的负热膨胀材料，由于响应温度远离室温、响应温度范围太窄或负膨胀系数受温度影响太大，应用受到了限制。２０世纪９０年代，随着对低膨胀材料需求的不断增多，负热膨胀材料受到广泛关注［２－１１］，其研究力度也进一步加大。１９９５年， Ｓｌｅｉｇｈｔ等［２］发现ＺｒＶ２－ｘＰｘＯ７系列各向同性负热膨胀材料，其最大负热膨胀温度可达到９５０Ｋ；Ａ．Ｗ．Ｓｌｅｉｇｈｔ等［３］发现立方晶体结构的ＺｒＷ２Ｏ８负热膨胀材料。１９９６年，Ｔ．Ａ．Ｍａｒｙ等［４］发现ＺｒＷ２Ｏ８从０．３Ｋ到其分解温度１０５０Ｋ的整个温度范围内都具有优良的各向同性负热膨胀性能，并利用氧化物前驱物和高温淬火方法制备出了稳定的ＺｒＷ２Ｏ８。１９９７年，Ｓｌｅｉｇｈｔ等［５］发现化学通式为Ａ２Ｍ３Ｏ１２的钨酸盐和钼酸盐系列负热膨胀材料。其中，Ｓｃ２Ｗ３Ｏ１２是迄今所发现的响应温度范围最宽的负热膨胀材料，其响应温度范围为１０～１２００Ｋ［６］。１９９８年，Ｓｌｅｉｇｈｔ等［７］发现Ｌｕ２Ｗ３Ｏ１２负热膨胀材 料。这些各向同性（以ＺｒＷ２Ｏ８为代表）和各向异性（以Ｓｃ２Ｗ３Ｏ１２为代表）氧化物负热膨胀材料的发现，极大地推动了材料科学和制造业的发展［８］。进入２１世纪，负热膨胀材料成为 材料科学中的一大研究热点［４，９－１１］。日本理化学研究所发现性 能优良的搀杂锗的锰氮化物Ｍｎ３ＡＮ（ Ａ代表Ｚｎ、Ｇａ、Ｃｕ）负热膨胀材料［１２］，这种材料有望成为负热膨胀材料的一个重要研究方向。 负热膨胀材料研究进展 摘要概述负热膨胀材料的发展历程及近年的主要研究成果，介绍负热膨胀的微观机理，分析几种典型负热膨胀材料的特点，展望新型锰氮化物负热膨胀材料的应用前景，探讨负热膨胀材料研究所面临的问题。关键词负热膨胀材料；负热膨胀机理；锰氮化物中图分类号ＴＢ３４ 文献标识码Ａ 文章编号１０００－７８５７（２００８）１２－００８４－０５ 蔡方硕１，２，黄荣进１，２，李来风１ １．中国科学院理化技术研究所，北京１００１９０ ２．中国科学院研究生院， 北京１０００４９ＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＮｅｇａｔｉｖｅＴｈｅｒｍａｌ ＥｘｐａｎｓｉｏｎＭａｔｅｒｉａｌｓ ＣＡＩＦａｎｇｓｈｕｏ１，２，ＨＵＡＮＧＲｏｎｇｊｉｎ１，２，ＬＩＬａｉｆｅｎｇ１ １．ＴｅｃｈｎｉｃａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９０，Ｃｈｉｎａ２．ＧｒａｄｕａｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４９，Ｃｈｉｎａ 收稿日期：２００８－０５－１２ 基金项目：国家自然科学基金项目（５０６７６１０１） 作者简介：蔡方硕，北京市海淀区中关村北一条２号中国科学院理化技术研究所， Ｅ－ｍａｉｌ：ｃａｉｆａｎｇｓｈｕｏ０６＠ｍａｉｌｓ．ｇｕｃａｓ．ａｃ．ｃｎ；李来风（通讯作者），北京市海淀区中关村北一条２号中国科学院理化技术研究所，研究员，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｆｌｉ＠ｍａｉｌ．ｉｐｃ．ａｃ．ｃｎ 综述文章（Ｒｅｖｉｅｗｓ）

磁性材料应用与进展

磁性材料应用与进展 庞丽丽 (萍乡学院，13级无机非金属材料1班，学号13461025) 摘要磁性材料广泛的用在我们的生活之中，特别在节约能源方面的应用。新型的纳米结构自旋电子学材料已是磁性材料领域中的传奇。 关键词磁性材料、自选电子学、永磁、软磁。 Abstract:Magnetic materials are widely used in our lives, p articularly in the application of energy conservation. Structure of new Nano-spintronics material is legendary in th e field of magnetic materials. Key words: Magnetic materials. Spin electronics. Permanent magnet.Soft magnetic. 1引言 磁性材料，通常所说的磁性材料是指强磁性物质，是古老而用途十分广泛的功能材料。而物质的磁性早在3000年以前就被人们所认识和应用，例如中国古代用天然磁铁作为指南针。现代磁性材料已经广泛的用在我们的生活之中，例如将永磁材料用作马达，应用于变压器中的铁心材料，作为存储器使用的磁光盘，计算机用磁记录软盘等。而通常认为，磁性材料是指由过渡元素铁、钴、镍及其合金等能够直接或间接产生磁性的物质。磁性材料按磁化后去磁的难易可分为软磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁性材料，不容易去磁的物质叫硬磁性材料。一般来讲软磁性材料剩磁较小，硬磁性材料剩磁较大。 20世纪80年代在(Fe/Cr/Fe)n纳米多层膜中发现了巨磁电阻效应,其物理本质是薄膜厚度小于自旋扩散长度,因此电子在输运过程中将保持自旋方向,通过外磁场可以改变自旋方向,从而改变电阻值,这发现开拓了在电子输运过程中通过调控自旋,显示与利用自旋特性的新领域,从而产生重要的自旋电子学新学科,利用调控自旋的特性,首先制备成高灵敏度的磁盘读出磁头,使磁盘的记录密度提高千倍,至今保持着信息存储的主流地位,其产值超过300亿美元,此外各种利用磁电阻效应的新颖传感器脱颖而出,其应用领域十分宽广。与微电子技术相结合,目前已研发成磁随 机储存器,MRAM,不同类型的MRAM如STT-MRAM;MeRAM等可统称为自旋芯片，自旋芯片属于核心高端芯片,是科技关键核心技术,可军民两用,具有高达上千亿美元的巨大市场前景,有可能成为后摩尔时代的主流芯片。[1] 2磁性材料 - 分类[2] 磁性材料具有磁有序的强磁性物质，广义还包括可应用其磁性和磁效应的弱

纳米磁性材料的研究进展

纳米磁性材料的研究 进展 纳米磁性材料的研究进展 摘要：介绍了纳米磁性材料的分类、研究进展、制备方法、应用现状和发展方向。

关键词：纳米磁性材料，纳米材料，磁性 一、引言 20世纪70年代人们利用共沉淀法制备出了磁性液体材料，1988 年巨磁电阻效应的发现引起了世界各国的关注，掀起了纳米磁性材料的开发和应用研究热潮。 近年来，随着计算机技术的飞速发展，记录的信息量也在不断增加。以超微粒作记录单元，可使记录密度大大提高。纳米磁性微粒尺寸小、单畴结构矫顽力高，用它制作磁记录材料，可以提高信噪比改善图像质量。应用的需求使得人们对磁性材料展开了广泛的研究[1]，磁性复合材料的研究现状、制备方法以及应用前景受到人们的关注，成为现代材料研究的热点。 纳米磁性材料是指材料尺寸限度在纳米级, 通常在1~ 100nm 的准零维超细微粉,一维超薄膜或二维超细纤维( 丝) 或由它们组成的固态或液态磁性材料。当传统固体材料经过科技手段被细化到纳米级时, 其表面和量子隧道等效应引发的结构和能态的变化, 产生了许多独特的光、电、磁、力学等物理化学特能,有着极高的活性, 潜在极大的原能能量, 这就是量变到质变。纳米磁性材料的特殊磁性能主要有: 量子尺寸效应、超顺磁性、宏观量子隧道效应、磁有序颗粒的小尺寸效应、特异的表观磁性等。 二、纳米磁性材料的分类与应用 纳米磁性材料根据其结构特征可以分为纳米颗粒型、纳米微晶型和磁微电子结构材料三大类。 2.1纳米颗粒型 磁存储介质材料: 近年来随着信息量飞速增加, 要求记录介质材料高性能化, 特别是记录高密度化。高记录密度的记录介质材料与超微粒有密切的关系。若以超微粒作记录单元, 可使记录密度大大提高。纳米磁性微粒由于尺寸小,具有单磁畴结构, 矫顽力很高的特性, 用它制作磁记录材料可以提高信噪比,改善图像质量。 纳米磁记录介质: 如合金磁粉的尺寸在80nm, 钡铁氧体磁粉的尺寸在40nm,今后进一步提高密度向量子磁盘化发展, 利用磁纳米线的存储特性, 记录

材料的热膨胀系数

热膨胀系数 物体由于温度改变而有胀缩现象。其变化能力以等压(p一定)下，单位温度变化所导致的长度量值的变化，即热膨胀系数表示。 线胀系数是指固态物质当温度改变摄氏度1度时，其某一方向上的长度的变化和它在20℃（即标准实验室环境）时的长度的比值。各物体的线胀系数不同，一般金属的线胀系数单位为1/摄氏度。 大多数情况之下，此系数为正值。也就是说温度变化与长度变化成正比，温度升高体积扩大。但是也有例外，如水在0到4摄氏度之间，会出现负膨胀。而一些陶瓷材料在温度升高情况下，几乎不发生几何特性变化，其热膨胀系数接近0。 中文名：热膨胀系数 英文名：coefficient of thermal expansion , CTE 线膨胀系数：α=ΔL/(L*ΔT) 面膨胀系数：β=ΔS/(S*ΔT) 体膨胀系数：γ=ΔV/(V*ΔT) 1. 概述 expansion thermal coefficient 热膨胀系数有线膨胀系数α、面膨胀系数β和体膨胀系数γ。 式中ΔL为所给长度变化ΔT下物体温度的改变，L为初始长度； ΔS为所给面积变化ΔT下物体温度的改变，S为初始面积； ΔV为所给体积变化ΔT下物体温度的改变，V为初始体积； 严格说来，上式只是温度变化范围不大时的微分定义式的差分近似；准确定义要求ΔV与ΔT无限微小，这也意味着，热膨胀系数在较大的温度区间内通常不是常量。 线热膨胀系数αL

δ = 热膨胀系数* 全长* 温度变化 = 10.8 * 10-6 * 100mm * 100℃ = 0.108 (mm) 3. 热膨胀系数的精密测试与测量能力溯源 为了保证材料热膨胀系数国与国之间的量值统一和互认，国际计量局长度委员会（CCL）2004年启动过材料热膨胀系数的国际比对，有十几个国家参加了这个项目的国际比对。 为应对国际比对，更为了统一与实现国内材料的热膨胀系数测量能力及热膨胀仪测量精度，经国家局批准在国家计量院(中国计量科学研究院)建立“材料热膨胀系数国家最高标准装置”，以满足量值统一及测试需求。该标准基于最小误差链原则，把相关量值直接溯源到国家基准单位，在-180度到2400度范围内提供最高达10E-8量级测量不确定度。 4. 金属膨胀系数 测定温度条件及单位：20℃，(单位10-6/K或10-6/℃） 备注：简单讲就是材料在变化1摄氏度时长度的相对变化量。 膨胀系数实际就是：1MM长的材料在变化1摄氏度时长度变化了多少NM(纳米)。 一般钢材的热膨胀系数为（10-20）×10-6 /℃，系数越大在受热后变形则越大，反之则越小。 比如：钢轨的线膨胀系数是：11.8 nm/(mm×℃)，实际上就是指1mm(毫米)长的钢轨在温度变化1摄氏度时长度会变化11.8nm (纳米)。 金属名称元素符号线性热膨胀系数金属名称元素符号线性热膨胀系数铍Be 12.3 铝Al 23.2 锑Sb 10.5 铅Pb 29.3 铜Cu 17.5 镉Cd 41.0

铁氧体磁性材料的制备及研究进展

铁氧体磁性材料的制备及研究进展 【摘要】铁氧体磁性材料是一类非常重要的无机功能材料,其应用涉及到电子、信息、航天航空、生物医学等领域。综述了铁氧体磁性材料的研究进展及其应用,分析了铁氧体磁性材料的制备方法，展望了研究和开发铁氧体磁性材料的新性能和新技术的应用前景。 【关键词】铁氧体磁性材料；研究进展；制备 铁氧体是一种非金属磁性材料,又称磁性陶瓷。人类研究铁氧体是从20世纪30年代开始的,早期有日本、荷兰等国对铁氧体进行了系统的研究;在20世纪40年代开始有软磁铁氧体的商品问世;20世纪50年代是铁氧体蓬勃发展的时期。1952年磁铅石硬磁铁氧体研制成功;1956年又在此晶系中开发出平面型的超高频铁氧体,同时发现了含稀土元素的石石型铁氧体,从而形成了尖晶石型、磁铅石型和石榴石型三大晶系铁氧体材料体系,应该说铁氧体的问世是强磁学和磁性材料发展史上的一个重要里程碑。至今铁氧体磁性材料已在众多高技术领域得到了广泛的应用。因此,有必要对铁氧体磁性陶瓷材料的研究动态进行总结以及对其发展进行展望。 1.铁氧体磁性材料的研究进展 近年来,国内外学者在研究和改进磁性材料的同时,进行了卓有成效的新探索,其重点的研究和应用主要集中在以下几个方面。 1.1 铁氧体吸波材料 由于科学技术的迅猛发展,在武器的隐身技术和电子计算机防信息泄露技术中,以及在生物学中的热效应方面,铁氧体作为吸波材料方面的应用尤为重要。铁氧体吸波材料通常分为尖晶石型铁氧体与六角晶系铁氧体两种类型,其中尖晶石型铁氧体应用历史最长,但尖晶石型铁氧体的电磁参数(介电常数和磁导率)都比较小,而且难以满足相对介单一铁氧体难以满足吸收频带宽、厚度薄和面密度小的要求,所以近年来研究者主要集中研究复合铁氧体材料以及纳米尺寸的铁氧体来控制其电磁参数[1]。铁氧体纳米磁性材料作为微波的吸收体,纳米级的微粒材料的比表面积比常规粗粉大3～4个数量级,吸收率高,一方面,它能吸收空气中的游离的分子或介质中其他分子通过成键方式连接在一起,造成各向异性的改变。另一方面,在微波场中,活性原子及电子运动加剧,促使磁化,最终将电磁能转化为热能,从而增加吸收体的吸波能力。在应用方面,铁氧体吸波材料可分为结构型(整体烧结成一定形状的器件)和涂敷型(用铁氧体颗粒的涂层作为