磁性纳米材料的应用 磁性纳米颗粒是一类智能型的纳米材料，既具有纳米材料所特有的性质如表面效应、小尺寸效应、量子效应、宏观量子隧道效应、偶连容量高，又具有良好的磁导向性、超顺磁性类酶催化特性和生物相容性等特殊性质，可以在恒定磁场下聚集和定位、在交变磁场下吸收电磁波产热。基于这些特性，磁性纳米颗粒广泛应用于分离和检测等方面。 （一）生物分离 生物分离是指利用功能化磁性纳米颗粒的表面配体与受体之间的特异性相互作用（如抗原-抗体和亲和素 -生物素等）来实现对靶向性生物目标的快速分离。 传统的分离技术主要包括沉淀、离心等过程，这些纯化方法的步骤繁杂、费时长、收率低，接触有毒试剂，很难实现自动化操作。磁分离技术基于磁性纳米材料的超顺磁性，在外加磁场下纳米颗粒被磁化，一旦去掉磁场，它们将立即重新分散于溶液中。因此，可以通过外界磁场来控制磁性纳米材料的磁性能，从而达到分离的目的，如细胞分离、蛋白质分离、核酸分离、酶分离等，具有快速、简便的特点，能够高效、可靠地捕获特定的蛋白质或其它生物大分子。此外，由于磁性纳米材料兼有纳米、磁学和类酶催化活性等特性，不仅能实现被检测物的分离与富集，而且能够使检测信号放大，具有重要的应用前景。 通常磁分离技术主要包括以下两个步骤：（ 1）将要研究的生物实体标记于磁性颗粒上；（2）利用磁性液体分离设备将被标记的生物实体分离出来。 ①细胞分离：细胞分离技术的目的是快速获得所需的目标细胞。传统的细胞分离技术主要是根据细胞的大小、形态以及密度差异进行分离，如采用微滤、超滤和超滤离心等方法。这些方法虽然操作简单，但是特异性差，而且纯度不高，制备量偏小，影响细胞活性。但是利用磁性纳米材料可以避免一定的局限性，如在磁性纳米材料表面接上具有生物活性的吸附剂或配体（如抗体、荧光物质和外源凝结素等），利用它们与目标细胞特异性结合，在外加磁场的作用下将细胞分离、分类以及对数量和种类的研究。 磁性纳米材料作为不溶性载体，在其表面上接有生物活性的吸附剂或其它配体等活性物，利用它们与目标细胞的特性结合，在外加磁场作用下将细胞分离。 温惠云等的地衣芽孢杆菌实验结果表明，磁性材料 Fe3O4 的引入对地衣芽孢杆菌的生长没有影响；Kuhara等制备了人单克隆抗体anti-hPCLP1,利用 anti-hPCLP1 修饰的磁纳米颗粒从人脐带血中成功分离了成血管细胞，PCLP1 阳性细胞分离纯度达到了 95%。 ②蛋白质分离：利用传统的生物学技术（如溶剂萃取技术）来分离蛋白质程序非常复杂，而磁分离技术是分离蛋白分子便捷而快速的方法。 基于在磁性粒子表面上修饰离子交换基团或亲和配基等可与目标蛋白质产生特异性吸附作用的功能基团 , 使经过表面修饰的磁性粒子在外加磁场的作用下从生物样品中快速选择性地分离目标蛋白质。 王军等采用络合剂乙二胺四乙酸二钠和硅烷偶联剂KH-550寸磁性Fe3O4粒 子进行表面修饰改性 , 并用其对天然胶乳中的蛋白质进行吸附分离。结果表明 , 乙二胺四乙酸通过化学键合牢固地结合在磁性粒子表面 , 并通过羰基与蛋白质反应, 达到降低胶乳氮含量的目的。 ③核酸分离 经典的DNA/RN分离方法有柱分离法和一些包括沉积、离心步骤的方法，这些方法的缺点是耗时多，难以自动化，不能用于分析小体积样品，分离不完全。
重庆科技学院课程结业论文 课程名称：磁性材料 论文题目：纳米磁性材料的发展与应用 院（系）冶金与材料工程学院 专业班级金属材料工程071班 学生姓名罗新中 学生学号 2007440375 任课教师陈登明老师 成绩：，评语： 2010年 7 月 2日
纳米磁性材料的发展与应用 罗新中 2007440375 摘要：论文介绍了纳米磁性材料的结构和性能，对纳米磁性材料在一些领域的应用原理进行了详细的阐述，评述了纳米器件的发展和应用前景，同时对纳米磁性材料的发展给出了一些自己的看法。 关键词：纳米；磁性材料；磁性器件 1 前言 纳米磁性材料技术早在20世纪70年代就被应用于共沉制造磁性液体材。1988年，法国巴黎大学教授研究组首先在Fe/Cr纳米结构的多层膜中发现了巨磁电阻效应，引起国际上的反响。此后，美国、日本和西欧都对发展巨磁电阻材料及其在高技术中的应用投入很大的力量，兴起纳米磁性材料的开发应用热。纳米磁性材料的特性不同于常规的磁性材料，主要是与磁特性相关的物理长度恰好处于纳米量级，例如磁单畴尺寸、超顺磁磁性临界尺寸、交换作用长度等大致在1nm～100nm量级，当磁性材料结构尺寸与这个物理长度相当时，就会呈现出反常的磁学性质从纳米材料的结构特征我们可将其分为3大类： 1．纳米颗粒型，如磁记录介质、共沉磁性液体、电渡吸收材料； 2．纳米微晶型，如纳米微晶永磁材料、纳米、微晶软磁材料； 3．磁微电子结构材料，如薄膜、颗粒膜、多层膜、隧道结等。 2 纳米颗粒型 2.1 磁存储介质材料 近年来，随着信息量的飞速增加，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着密切的关系，例如，要求每lcm 可记录1000万条以上的信息，那么，一条信息要记录在lmm～lOmm 中，至少具有300阶段分层次的记录，在1mm ～lOmm中至少必须有300个记录单位。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的尺寸极小，具有单磁畴
Al2O3纳米陶瓷颗粒的研究 摘要：纳米陶瓷是一种新型纳米材料,是现代陶瓷技术发展的最新领域。本文介绍了纳米陶瓷的特性，概述了目前Al2O3纳米陶瓷颗粒制备技术的研究现状和所在的问题。 关键词：纳米材料，纳米陶瓷，制备技术 Abstract：Nanoceramics is a kind of novel materials in nano scale and new field of modern technological development of ceramics.The characteristics of nanoceramics was introduced in this article.Also,the development and problems of the fabrication methods for Al2O3 nanoceramic particles is summarized. Key words:nanomaterials,nanoceramics,fabrication methods 0引言 Aｌ2O3陶瓷因为其耐高温耐腐蚀机械强度高等特点而在现代社会中具有极其广泛的应用,如航空、电力、化工、机械等众多领域。随着纳米材料在近些年的新兴,Aｌ2O3纳米材料也逐渐成为众多材料科学家注意的研究对象。当组成物质的结构单元处于纳米级别 (Inm-lOOnm)时,由于其尺寸已经接近电子的相干长度,强相干所带来的自组织导致材料发生很大的变化。由于纳米尺度已经接近光的波长,再加上纳米颗粒巨大的比表面积,导致材料的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等较为显著。表现在材料的溶点,强度,导电性,延展性等方面会有显著的变化。而要制备纳米陶瓷,首先我们要制备
我国高性能钕铁硼永磁材料发展现状浅析 高性能钕铁硼永磁材料定义：根据《中国高新技术产品目录（2006）》第六大类新材料中第895项的规定，以速凝甩带法制成，Hcj（KOe）+（BH）max（MGOe）＞60，用于制做中、小、微型特殊用途的永磁电机、传感器、磁共振仪、高级音像设备等的烧结钕铁硼永磁材料，属于我国重点鼓励和支持发展的新材料和高新技术产品。以下将达到《中国高新技术产品目录（2006）》中规定指标的烧结钕铁硼永磁材料称为高性能钕铁硼永磁材料。 高性能钕铁硼永磁材料属于功能性材料，是下游行业生产企业电子组件的关键功能材料。从应用来看，大量高性能钕铁硼永磁材料是通过使用在电机内发挥作用的，而使用永磁材料的电机通常被称为永磁电机。永磁电机又分为铁氧体励磁电机和稀土永磁电机。 电机是以磁场为媒介进行机械能和电能相互转换的电磁装置。为在电机内建立进行机电能量转换所必需的气隙磁场，有两种方法： ?在电机绕组内通电流产生，既需要有专门的绕组和相应的装置，需要不断提供能量以维持电流流动，通常称为电励磁电机，如普通的直流电机和同步电机； ?有永磁磁体来产生磁场，既可简化电机结构，又可节约能量，这就是永磁电机。 永磁电机的应用极为广发，遍及航空、航天、国防、装备制造、工农业生产和日常生活的各个领域：其容量从大到小，目前已达到兆瓦，应用范围越来越广；其地位越来越重要，从军工到民用，从特殊到普通领域，不仅在微特电机中占优势，而且在电力推进系统中也显示出了强大的生命力。 与传统的电励磁电机相比，稀土永磁电机具有结构简单、运行可靠、体积小、质量轻、损耗小、效率高、电机的形状和尺寸灵活多样等显著优点。与应用传统钕铁硼永磁材料生产的稀土永磁电机相比，应用高性能钕铁硼永磁材料的新型稀土永磁电机体积更小、损耗更低，效率显著高于传统稀土永磁电机。 稀土永磁电机是一种高效节能产品，平均节电率高达10%以上，应用高性能钕铁硼永磁材料的稀土永磁电机的节电率可高达15%～20%。在风电机、压缩机等需要无极变频调速的场合，永磁变频调速节电率高达30%以上。国际电机节能的先进水平是风机自身运行效率一般在80%以上，系统运行效率在85%左右。而目前我国国产设备的本体设计效率为70%，系统运行效率不到30%，电源浪费十分严重。 据国际能源机构（IEA）2006年7月的工作报告，通过改善电动机效率结合变频调速可以节约大约7%的电能，其中大致有1/4～1/3是靠提高电动机效率来获得的。为协调各国能效分级标准，2006年，国际电工委员会（IEC）制定了一项能效标准IEC60034-30。
纳米陶瓷材料综述 Summary of nano-ceramic material 摘要： 本文是一片比较全面的纳米陶瓷材料的综述文章。主要内容涵盖了陶瓷的发展，纳米陶瓷的发展，纳米陶瓷的结构与性能（力学性能、电学性能、超塑性等）、纳米陶瓷的应用（防护材料、耐高温材料、生物材料、压电材料、信息材料等）、纳米陶瓷的制备方法，包括纳米粉的制备，成型及烧结。此外还有纳米材料的发展展望。 关键词：纳米陶瓷结构与性能应用制备方法展望 Abstract: This paper is a comprehensive review article of the nano-ceramic material. The main content covers the development of the ceramic, the development of nano-ceramic nano-ceramic structure and properties (mechanical properties, electrical properties, superplasticity, etc.), the application of nano-ceramic (protective materials, high temperature materials, bio-materials, piezoelectric materials, information materials, etc.), nano-ceramic preparation methods, including nano-powders, molding and sintering. In addition to the development of nanomaterials Outlook. Keywords: nano-ceramic structure and performance preparation method Prospects 引言：著名的诺贝尔奖获得者Feynman在1959年就曾预言：“如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量异于寻常的特性，就会看到材料性能产生丰富的变化。”
纳米晶复合X 81F %I ?)’0$+>$\=*.3F %永磁材料磁性能的研究 ! 沙"辉!徐"晖!倪建森!张士岩!王海龙!王占勇 !上海大学材料研究所"上海#(((2# #摘"要!"采用熔体快淬及晶化退火工艺制备了X 81F %I ?)’P $+>$\=*.3F %"$N(###%#)#’($纳米晶合金条带!研究了+>的添加对快淬合金磁性能和居里温度的影响%结果表明!适量+>元素的添加能够有效降低各相晶粒的尺寸!增强了软#硬磁相晶粒的交换耦合作用!从而提高了合金的磁性能%+>含量为%f "原子分数$的合金!经32(J &&;5:的晶化处理后所得到的最佳磁性能为n 3=N (F 1(!!d 2
块体纳米晶材料制备的研究进展 王轶,姚可夫,翟桂东 (清华大学机械工程及其自动化系,北京100084) 摘 要:综述了国内外块体纳米晶材料的制备技术进展及存在的问题,指出了非晶晶化法和深过冷晶化法是两类潜在的块体纳米晶材料制备技术,并对今后的研究及发展前景进行了展望。 关键词:块体纳米晶材料;制备;晶化;深过冷 中图分类号:T G14 文献标识码:A 文章编号:1001-3814(2003)02-0048-03 Advance in Fabrication of Bulk Nanostructrued Materials WAN G Yi,YAO Ke-fu,ZHAI Gui-do ng (M echanical Engineering Dep ar tment,T singhua Univ er sity,Beij ing100084,China) Abstract:T he adv ance in fabr ication o f bulk na no structureo mater ials is summar ized a nd tw o special w ays ar e r e-ferr ed. Key words:bulk nanostr uct rued m aterials;fabrication;cr ystallizatio n;under co ol 纳米材料按其三维尺寸分布可分为0维(纳米颗粒)、1维(纳米线和纳米管)、2维(纳米膜)和3维(纳米晶粒构成的块体材料)纳米材料。目前,纳米颗粒、纳米管、纳米薄膜的制备技术已得到飞速发展,已能成功制备。但3维尺寸纳米晶材料(又称为块体纳米晶材料)的制备技术仍处于探索之中。为使这种新型材料既有利于理论研究,又能在实际中拓宽使用范围,探索高质量的三维大尺寸纳米晶材料的制备技术已成为纳米材料研究的最关键问题。本文对几种主要的块体纳米晶材料制备方法的研究进展进行介绍。 1 惰性气体蒸发、原位加压成形法 这种方法最早由Gleiter等人提出,应用惰性气体凝聚(I GC)结合原位冷压成型法(In-situ Co mpa ct ion)在实验室制备出纳米晶块体样品[1]。这种纳米结构材料中的纳米金属与合金 用;购买质量好且稳定、知名度较高的大钢厂生产的钢材;避免频繁更换生产厂家及炉号。 4 结论 油淬硬度检验法对45钢淬透性的检验具有简便、快速、实用的特点。实践表明,用该方法检测的结果用于指导卡爪的热处理生产是可行的,能够作为选择材料以及科学制定热处理工艺的重要参考依据。然而该方法要求条件较严格,受许多因素限制而产生结果波动或偏差。因此,油淬硬度法只能近似地反映45钢淬透性的相对大小,在以后的工作中还需要不断完善、改进,使之更好地为生产服务。 参考文献: [1] 孙珍宝,朱谱藩.合金钢手册(上册)[M].北京:冶金工业出版社, 1984.!材料是一种二次凝聚晶体或非晶体,先是由金属原子形成纳米颗粒,在保持新鲜表面的条件下,将纳米颗粒压在一起形成块状凝固体。先在高真空反应室中的惰性气体保护下使金属受热升华并在液氮冷镜壁上聚集、凝结为纳米尺寸的超微粒子,刮板将收集器上的纳米微粒刮落进入漏斗并导入模具,再在高真空中,加压系统以1～5G Pa的压力使纳米粉原位加压,以300 K至800K的温度烧结成块。采用该法已成功地制得Pb、Cu、F e、A g、N i3A l、Fe5Si95等合金的块状纳米晶材料[2]。周宇松、吴希俊将此法改进为原位温压法,在对粉末加压时,同时对装粉末的模具加热,这样就提高了块体的致密度,成功获得了大尺寸的具有清洁界面的纳米晶铜和银块材[3]。 由于惰性气体蒸发冷凝形成的金属和合金纳米微粒几乎无硬质团聚体存在,因此这种方法制备的纳米微粒具有清洁的表面,很少团聚成粗团聚体,块体纯度高;但同时样品内也不可避免存在大量微孔隙,致密样品密度仅能达金属体积密度的75%～90%,这种微孔隙对纳米材料的结构性能研究及某些性能的提高十分不利。近年来又发展了一些新的纳米粉制备方法如电化学沉积[4]、电火花侵蚀[5]等方法,但与之相衔接的纳米粉的分散、表面处理及成型方法尚未得到发展。 2 粉末冶金法 这种方法包括两个方面:纳米粉末的制备和烧结。纳米粉末的制备技术已经相对成熟,因此关键是烧结技术。纳米烧结的最大问题是纳米粒子在烧结过程中的晶粒长大而导致纳米特性丧失,因此,在烧结中减小晶粒长大和增大烧结致密度是关键。 目前纳米粉末烧结常用的是特种烧结法,包括加入第二相物质、施加外力、快速烧结等来抑制晶粒生长。并由此发展出超高压烧结、放电等离子烧结方法。 48 REVIEW Hot W orking Technology 2003No.2 X收稿日期:2002-10-29 基金项目:清华大学985基础研究基金资助(101113) 作者简介:王轶(1977-),男,四川乐山人,硕士研究生。
一. 磁性材料的基本特性 1. 磁性材料的磁化曲线 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）。磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。即当磁场强度H足够大时，磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms，继续增大H，Ms保持不变；以及当材料的M值达到饱和后，外磁场H降低为零时，M并不恢复为零，而是沿MsMr曲线变化。材料的工作状态相当于M～H曲线或B～H曲线上的某一点，该点常称为工作点。 2. 软磁材料的常用磁性能参数 饱和磁感应强度Bs：其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列。 剩余磁感应强度Br：是磁滞回线上的特征参数，H回到0时的B值。 矩形比：Br∕Bs 矫顽力Hc：是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）。 磁导率μ：是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值，与器件工作状态密切相关。 初始磁导率μi、最大磁导率μm、微分磁导率μd、振幅磁导率μa、有效磁导率μe、脉冲磁导率μp。 居里温度Tc：铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度。它确定了磁性器件工作的上限温度。 损耗P：磁滞损耗Ph及涡流损耗Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe ∝ f2 t2 / ，ρ降低，磁滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc；降低涡流损耗Pe 的方法是减薄磁性材料的厚度t 及提高材料的电阻率ρ。在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为： 总功率耗散（mW）/表面积（cm2） 3. 软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换 在设计软磁器件时，首先要根据电路的要求确定器件的电压～电流特性。器件的电压～电流特性与磁芯的几何形状及磁化状态密切相关。设计者必须熟悉材料的磁化过程并拿握材料的磁性参数与器件电气参数的转换关系。设计软磁器件通常包括三个步骤：正确选用磁性材料；合理确定磁芯的几何形状及尺寸；根据磁性参数要求，模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数。 二、软磁材料的发展及种类 1. 软磁材料的发展 软磁材料在工业中的应用始于19世纪末。随着电力工及电讯技术的兴起，开始使用低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中的电感线圈的磁芯中使用了细小的铁粉、氧化铁、细铁丝等。到20世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器的效率，降低了损耗。直至现在硅钢片在电力工业用软磁材料中仍居首位。到20年代，无线电技术的兴起，促进了高导磁材料的发展，出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。从40年代到60年代，是科学技术飞速发展的时期，雷达、电视广播、集成电路的发明等，对软磁材料的要求也更高，生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料。进入70年代，随着电讯、自动控制、计算机等行业的发展，研制出了磁头用软磁合金，除了传统的晶态软磁合金外，又兴起了另一类材料—非晶态软磁合金。
纳米陶瓷 及其主要性能简析 [摘要] 纳米陶瓷的超细晶粒、高浓度晶界以及晶界原子邻近状况决定了它们具有明显区别于普通陶瓷的特异性能。本文对纳米陶瓷的这些主要的特异性能进行了阐述。 [关键词] 纳米陶瓷、显微结构、晶界、扩散、烧结、强度、韧性、超塑性 [引言] 陶瓷材料作为材料的三大支柱之一 ,在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。但是 ,由于传统陶瓷材料质地较脆 ,韧性、强度较差 ,因而使其应用受到了较大的限制。随着纳米技术的广泛应用 ,纳米陶瓷随之产生 ,希望以此来克服陶瓷材料的脆性 ,使陶瓷具有象金属一样的柔韧性和可加工性。英国著名材料专家 Cahn 在《自然》杂志上撰文说：纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。 一、纳米陶瓷及其结构简介 所谓纳米陶瓷是指在陶瓷材料的显微结构中，晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等都是纳米水平的一类陶瓷。 我们知道陶瓷的烧结中粉料的粒度是重要的影响因素。粒度越小，粉粒的表面积越大，表面能越大，烧结的推动力越大；同时晶界所占体积越大，扩散越容易，因而烧结速度越快。当陶瓷中晶粒尺寸减小一个数量级，晶粒的表面积及晶界的体积亦以相应的倍数增加。如晶粒尺寸为nm 6~3，晶界的厚度为nm 2~1时，晶界的体积约占整个体积的%50。由于晶粒细化引起表面能的急剧增加。 纳米陶瓷由纳米量级的粉料烧结而成，是晶粒尺寸在nm 100~1之间的多晶陶瓷。所以结构中包含纳米量级的晶粒、晶界和缺陷。由于晶粒细化，晶界数量大幅度增加。当晶粒尺寸在nm 25以下，若晶界厚度为nm 1，则晶界处原子百分数达%50~%15，单位体积晶界的面积达32/600cm m ，晶界浓度达3 19/10cm 。 纳米陶瓷这样的特殊结构，使得其具有特殊的性能。 二、纳米陶瓷的主要性能及其简析 纳米陶瓷中纳米量级的晶粒、晶界和缺陷决定了它们具有区别于普通陶瓷的特殊性能，是纳米陶瓷性能优于普通陶瓷的根本原因所在。 1、 较低的烧结温度和较快的致密化速度
第26卷 第4期2005年12月大连铁道学院学报JOURNAL OF DAL I A N RA I L WAY I N STI T UTE Vol .26 No .4 Dec . 2005 文章编号:100021670(2005)0420081205纳米晶复合稀土永磁材料制备及交换耦合作用 赵宏滨1 ,车如心1 ,王晓峰1 ,高 宏 2 (1.大连交通大学环境科学与工程学院,辽宁大连116028;2.大连交通大学材料科学与工程学院 辽宁大连116028)3 摘 要:采用溶胶-凝胶法,用E DT A 和柠檬酸作为两种不同的络合剂,分别对复合相中成份Nd 和Fe 进行络合,再合并溶液后,加热成胶,利用乙二醇作为分散剂,选择适当的焙烧温度,经高温压片焙烧法使原来的独立的Fe 2O 3相和NdFe O 3相产生交换耦合作用,从而达到两相耦合的目的.利用X 光衍射仪 (XRD )和振动样品磁强计(VE M )对纳米晶的结构和磁性能进行了研究,利用差热量热仪(TG 2DTG )和红 外光谱分析仪(I R )对焙烧情况进行了分析.当热处理温度小于500℃时,样品存在复相NdFe O 3/Fe 2O 3,薄片样品的比饱和磁化强度δS 为75.9e mu /g,内禀矫顽力H c,j 为6400oe,最大磁能积(B H )max 为1187MGoe,而粉末样品相应的比饱和磁化强度δS 为75 .6mu /g,内禀矫顽力H c,j 为6015oe,最大磁能积(B H )max 为1152MG oe . 关键词:双络合剂;压片;交换耦合.中图分类号:O641.4 文献标识码:A Prepara ti on of Nanocryst a lli n e Com posite Permanen tM agnetM ter i a ls and Exchange Coupled Effect ZHAO Hong 2bin 1 ,CHE Ru 2xing 1 ,WANG Xiao 2feng 1 ,G AO Hong 2 (1.School of Envir on ment Science and Engineering,Dalian J iaot ong University,Dalian 116028,China;2. School ofM aterial Science and Engineering ,Dalian J iaot ong University,Dalian 116028,China ) Abstract:Sol 2gel method was used t o p repare NdFe O 3/Fe 2O 3Compesite .Ethylene dia m ine tet 2ra acetic acid (E DT A )and citric acid are used t o comp lex Nd and Fe res pectively .M ixing these t w o s oluti ons with glycol as dis persant agent,the s oluti on become gel during heating .W hen the gel is anealed at app r op raite te mperature after p ressing,an exchange coup le effect is created bet w een the t w o individual phases (NdFe O 3/Fe 2O 3),and a high magnetic energy is a 2chieved .X 2ray diffrat ometer (XRD )and vibrating sa mp le magnet ometer (VS M )are used t o study the materieal,and the annealing p r ocess is analyzed by I nfra 2red s pectrum (I R )and DT A.W hen annealing bel ow 500℃,the sa mp le with high magnetic p r operties,for p ressed disc:δS =:7519e mu /g,H c,j =6400oe,(B H )max =1187MGoe,However,f or the powder pat 2tern at the sa me conditi on,δS =75.6e mu /g,H c,j =6015oe,B H m ax =1.52MGoe .Key words:double comp lexing agents;p ressed disc method;exchange coup led 近年来随着纳米材料制备方法的不断出现和改进,及工业发展对高磁性能、高纯度和高分散度纳米粉体的迫切需要,纳米晶复合材料的制备日益被关注.纳米复合交换耦合磁体是一种全新的永磁材料, 其理论磁能积高达106J /m 3.具有较低的稀土含量和好的热稳定性及抗腐蚀性能[1].许多模型计算 [2～4] 3 收稿日期:2005204218 作者简介:赵宏滨(1974-),男,助工.
浅谈纳米晶体材料 张婉滢东吴商学院国际经济与贸易 摘要：纳米晶体材料具有许多优异的性能，诸如扩散和结烧、力学、陶瓷和金属间化合物的延展性、电学、热膨胀、光学、磁学、催化和腐蚀行为等，均优于常规多晶材料。近年来，不少国内外研究者对纳米晶体材料进行了深入的研究。本文主要以纳米晶体材料的分类展开，具体介绍不同分类中的代表，最后分析纳米晶体材料在生物、国防等不同领域的应用以及发展前景。 关键词：纳米晶体材料分类制备性质应用研究展望 一、引言 纳米晶体材料是指由极细晶粒组成，特征维度尺寸在纳米量级（1~100nm）的固态材料。由于极细的晶粒，以及大量处于晶界和晶粒内缺陷的中心原子具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等，纳米晶体材料与同组成的微米晶体材料相比，具有高强度、良好的塑性变形能力、高比热等优良的性能，特别是纳米晶体表现出的超塑性行为使得陶瓷材料增韧和改善金属材料的强韧综合性能提供了可能性，由此它们被广泛用于医学、国防和现金纳米陶瓷等领域。所以，纳米晶体材料被誉为“21世纪的新材料”。 随着现代技术的高速发展，它的用途将会变得越来越广泛，也因此变成目前国内外研究新功能材料的热点。现如今已有许多技术被用来制备纳米晶体材料，如X-射线衍射分析、扫描隧道电子显微镜（STM）、透射电子显微术（TEM）、场离子显微术、电子探针等技术。 二、分类 纳米晶体材料包括晶体、赝晶体、无定性金属、陶瓷和化合物，根据不同的结构, 纳米微晶材料可分为4 类： （1）零维纳米晶体，即纳米尺寸超维粒子，如图①所示，例：团簇、人造原子、纳米微粒；（2）一维纳米晶体，即在一维方向上晶粒尺寸在纳米量级，如纳米厚度的薄膜或层片结构，如图②所示，例：纳米线、、纳米棒、； （3）二维纳米晶体，及在二维方向上晶粒尺寸在纳米量级，如直径在纳米量级的线状结构，如图③，例：纳米带、超、多层膜； （4）三维纳米晶体，指晶粒在三维方向上均为纳米尺寸，如图④，一般所说的纳米晶体材料即为三维纳米晶体材料。 图1 图2 图3 图4 具体内容会在之后举例详细阐释。 三、制备方法 纳米晶体的制备和合成技术一直是纳米晶体材料研究领域的一个重要方面。目前纳米晶体材料的制备方法主要有：外压力合成（如超细粉冷压法、机械研磨法）、沉积合成法（如各种沉积方法）、相变界面形成法（如非晶晶化法）等。 自1984 年原联邦德国Saar lands 大学H. Gleiter 采用惰性气体凝结和超高真空条件下原位加压的技术制备了纳米金属微粒后[ 5 ～7 ], 已有许多技术被用来制备纳米晶体材料。依据纳米材料不同分类，所用典型合成法如表1所示；依据起始物质的不同形
综述与动态 纳米磁性材料及器件的进展 马昌贵 （西南应用磁学研究所，四川绵阳 621000） 摘 要：概述了国内外纳米磁性材料及器件研究与开发的进展。具体介绍纳米磁性粒子、铁基纳米晶软磁合金、稀土永磁快淬磁粉、人工格、纳米磁性丝、射频用复合软磁材料的制备工艺、主要性能及其在磁记录、传感器、磁电子器件中的应用。 关键词：纳米材料；软磁合金；稀土永磁；人工格；磁电子器件；自旋阀 中图分类号：TM271 文献标识码：A 文章编号：1001-3830(2002)05-0036-05 收稿日期：2001-06-28 1 实用型纳米磁性材料 1.1 最早实用化的纳米磁性粒子 对微细、超微细磁性粒子的基础研究，大约始 于1970年代。当初，多以纯铁（α-Fe ）为研究对象，目的是想制出高矫顽力（H c ）的磁记录介质；制备工艺几乎都是采用化学沉积法。后来，运用真空蒸镀、溅射等技术，将这项研究工作向实用化阶段推进了一大步。 最早实用的纳米磁性材料，应当从美国宇航局和国家金属研究所开发成功的金属粒子磁性液体算起。 大家知道，磁性液体（又叫铁磁流体）是把纳米级的磁性颗粒通过表面活性剂，均匀地分散到载液中形成的稳定胶状体物质；已在宇航服、轴承、硬磁盘机（HDD ）的密封和扬声器减震等方面得到广泛应用。磁性液体的基本参数是饱和磁化强度（M s ），其大小主要由构成胶体的磁性粒子的性质决定。最初的磁性颗粒，是采用真空化学汽相沉积（CVD ）或球磨法制得的金属（Fe ，Co ，Ni ）或合金粒子，平均粒径5～7nm ，制成的磁性液体的s 0M μ=120～150mT 。后来，又制成了低成本的氧化物（Fe 3O 4等）粒子磁性液体，其s 0M μ≈40mT 。为了提高材料性能，对高M s 氮化铁做了很多的研究。例如，把用等离子体CVD 法制得的ε-Fe x N 粒子（直径2～10nm ）分散在甲苯中，制出的磁性液体s 0M μ=220mT 。 提高磁记录密度，需要高H c 记录介质和高饱和磁感应强度（B s ）高磁导率(μ)磁头材料。采用共沉淀、水热合成等方法制出的纳米级Co 代换γ-Fe 2O 3、Co-Ti 代换的BaFe 12O 19氧化物粒子磁粉，利用真空蒸发、溅射等工艺制成的金属纳米粒子磁粉、连续薄膜介质相继投放市场，推动了高密度音视频磁记录装置和HDD 的快速发展。 1.2 铁基纳米晶软磁合金 正式以纳米磁性材料命名并迅速投入批量生产的，是日立金属（株）于1988年开发成功的铁基纳米晶软磁合金，商品名Finemet [1]。这是在Fe-Si-B 基础合金中同时添加Nb 和Cu 元素，先用快淬工艺将熔融合金甩成非晶薄带，然后在其晶化温度（≈550℃）进行热处理，生成由直径10～14nm Fe-Si 体心立方微晶埋在剩余未晶化非晶母体中的合金，标称成分为Fe 73.5Si x B 22.5－x -Nb 3Cu 1（通常x =13.5或16.5）。由于这种新型合金的软磁性能明显优于同类非晶材料（高e μ，高B s ，低磁芯损耗），故而受到广泛的重视，很快被用作饱和电抗器、共模扼流圈、高频大功率变压器等磁芯材料。在这种合金中，Nb 和Cu 的同时存在，对晶粒细化和阻止非磁性硼化物的生成起了重要作用。 在Finemet 开发成功后不久，日本阿尔卑斯（株）采用射频溅射工艺，又制成了Fe-M-C(M=Zr ，Hf ，Nb ，Ti ，Ta ，V 等)纳米晶薄膜合金，商品名“Nanomax ”[2]。这种溅射态薄膜合金仍系非晶材料，在550℃左右退火处理约20min ，便生成由α-Fe 和MC 构成的多晶体。MC 的平均粒径1～3nm ，均匀地分散在粒径不到10nm 的α-Fe 相中。Nanomax 具有B s =1.4～1.7T ，i μ(1MHz)=5000～6000，H c =4.8～7.96A/m ，s λ≈0，耐热温度高达700℃，因此，它们首先被用来制作高频磁记录磁头，如VTR 和R-DAT 用MIG 磁头，其记录特性
稀土磁性材料
稀土磁性材料 1、稀土永磁材料 稀土由于其独特的4f电子层结构，可以在一些与3d元素化合物组合成的晶体结构中形成单轴磁各向异性，而具有十分优异的超常磁性能。表1列出了各类稀土永磁体与传统的铁氧体、铝镍钴永磁体的磁性能，显然稀土永磁体比传统永磁体具有高得多的磁性能。 表1 各类永磁体的磁性能 永磁体最大磁能积（MGOe）备注 铁氧体 4.6 铝镍钴11 SmCo522 Sm2(Co,Cu,Fe,Zr)1732 Nd2Fe14B 56 理论值64 Sm2(Fe,Co)17N346.5[1] 理论值62 纳米晶双相稀土永磁体25[2] 理论值120[2] 稀土永磁体中，钕铁硼的磁能积最高，但它的居里温度低，工作温度低，温度系数高。虽然现在已开发出工作温度达到200℃的钕铁硼，但在许多地方还是不能替代工作温度高，温度系数低的钐钴永磁。 现已开发出工作温度可达400℃、500℃的Sm2(Co,Cu,Fe,Er)17磁体[3]。10年前发明的稀土—铁—氮永磁材料，理论磁能积与钕铁硼接近，但居里温度高，温度系数小，耐腐蚀性能好，与粘结磁体中使用的快淬钕铁硼相比，具有很强的竞争力。其中的NdFe12N x永磁是我国科学家杨应昌院士发明的[4]，其NdFe12N x 实验室样品的磁能积已达到22MGOe，超过MQ-2钕铁硼磁粉。 纳米晶双相交换耦合稀土永磁材料是高磁晶各向异性的稀土永磁相与高饱和磁化强度的软磁相在纳米尺度内交换耦合而获得兼具二者优点的复合永磁材料，理论计算表明，纳米稀土复合永磁体的最大磁能积远远超过钕铁硼，如表2所示。
表2 纳米双相稀土永磁体的理论磁能积 永磁体最大磁能积（MGOe） Nd2Fe14B+α-Fe 100 Sm2Fe17N3+α-Fe 110 Sm2Fe17N3+Fe65Co35 120 目前，实验结果已证明交换耦合的存在，但实际达到的磁能积远低于理论值，如Nd7Fe89B4和Sm7Fe93N的磁能积分别达到20.6和25MGOe[2]，“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”，最大磁能积超过100MGOe的稀土新一代磁体，乃是科技工作者的努力方向。 科学技术是第一生产力。最近有报道，日本三荣化成用新技术研究开发出磁能积破记录的各类稀土永磁体[5]，如表3所示。 表3 三荣化成开发的稀土永磁体 永磁体最大磁能积（MGOe） 稀土永磁体69.5 烧结钕铁硼54.7 注射成型钕铁硼粘结磁体17.9 压制成型钕铁硼粘结磁体24.9 稀土永磁在VCM（音圈电机），MRI（磁共振），永磁电机（汽车电机，步进电机，微型电机等），计算机主机及外设，办公自动化设备（复印机、传真机、手机、视频及程会议系统等），空调，冰箱，数码相机，音响，磁力器械，智能公路等各个领域有着广泛的应用。钕铁硼永磁自83年问世以来的18年中一直保持着年均增长30%以上的发展速度，这是值得关注和倾注力量的高技术产品。 2、其他稀土磁性材料 2.1、稀土超磁致伸缩材料 一些稀土元素与Fe形成的金属间化合物REFe2具有比Fe及Fe,Ni,Co合金等传统材料大得多（高几十倍）的磁致伸缩系数λ。但是，REFe2的磁晶各向异
纳米磁性 1.磁性材料一直是国民经济、国防工业的重要支柱与基础，广泛地应用于电信、自动控制、通讯、家用电器等领域，在微机、大型计算机中的应用具有重要地位。信息化发展的总趋势是向小、轻、薄以及多功能方向进展，因而要求磁性材料向高性能、新功能方向发展。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，产生了很多独特的光、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。 2纳米磁性材料的研究概况 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升。纳米磁性微粒因为尺寸小，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升信噪比，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，今后进一步提升密度向“量子磁盘”化发展，利用磁纳米线的存储特性，记录密度达400Gbit/in2，相当于每平方英寸可存储20万部红楼梦小说。
磁性液体：它是由超顺磁性的纳米微粒包覆了表面活性剂，然后弥漫 在基液中而构成。利用磁性液体可以被磁场控制的特性，用环状永磁 体在旋转轴密封部件产生一环状的磁场分布，从而可将磁性液体约束 在磁场之中而形成磁性液体的“O”形环，且没有磨损，可以做到长寿 命的动态密封。这也是磁性液体较早、较广泛的应用之一。此外，在 电子计算机中为防止尘埃进入硬盘中损坏磁头与磁盘，在转轴处也已 普遍采用磁性液体的防尘密封。磁性液体还有其他很多用途，如仪器 仪表中的阻尼器、无声快速的磁印刷、磁性液体发电机、医疗中的造 影剂等等。 纳米磁性药物：磁性治疗技术在国内外的研究领域在拓宽，如治疗癌症，用纳米的金属性磁粉液体注射进人体病变的部位，并用磁体固定 在病灶的细胞附近，再用微波辐射金属加热法升到一定的温度，能有 效地杀死癌细胞。另外，还可以用磁粉包裹药物，用磁体固定在病灶 附近，这样能增强药物治疗作用。 电波吸收（隐身）材料：纳米粒子对红外和电磁波有吸收隐身作用。 因为纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米微粒材料对这 种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少波的反射率，使得 红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用；另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大3-4个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，这就使得红外探测 器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标， 起到了隐身作用。 2.2纳米微晶型 纳米微晶稀土永磁材料：稀土钕铁硼磁体的发展突飞猛进，磁体磁性 能也在持续提升，目前烧结钕铁硼磁体的磁能积达到50MGOe，接近理 论值64MGOe，并已进入规模生产。为进一步改善磁性能，目前已经用 速凝薄片合金的生产工艺，一般的快淬磁粉晶粒尺寸为20-50nm，如作为粘结钕铁硼永磁原材料的快淬磁粉。为克服钕铁硼磁体低的居里温度，易氧化和比铁氧体高的成本价格等缺点，目前正在探索新型的稀