3介绍一些具体纳米磁性材料

纳米磁性材料在大自然中，许多生物体内都存在着天然的纳米磁性粒子，例如：鸽子，海豚，石鳖，蜜蜂，人类大脑中平均含有20微克（约500万粒）的磁性纳米粒子，这些存在的纳米磁性微粒能够起到引导方向的作用，但是是如何和神经系统所联系至今还是个谜。

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(1-10nm)。

磁性材料一直是国民经济、国防工业的重要支柱和基础,广泛应用于电信、自动控制、通讯、家用电器等领域。

而现代社会信息化发展的总趋势是向小、轻、薄以及多功能方向发展,因而要求磁性材料向高性能、新功能方向发展。

所以纳米磁性材料的特殊磁性是属于纳米磁性，而纳米磁性材料和纳米磁性又分别是纳米科学和纳米物性的一个组成部分。

一、磁性纳米材料简介磁性纳米材料的特性不同于常规的磁性材料，其原因是关联于与磁相关的特征物理长度恰好处于纳米量级，例如：磁单畴尺寸，超顺磁性临界尺寸，交换作用长度，以及电子平均自由路程等大致处于1-100nm量级，当磁性体的尺寸与这些特征物理长度相当时，就会呈现反常的磁学性质。

磁性纳米材料可以大体分为固体磁性材料和磁流体。

固体磁性材料中又包含铁磁材料。

具有铁磁性的纳米材料如纳米晶Ni，γ-Fe2O3等可作为磁性材料。

铁磁材料可分为软磁材料和硬磁材料。

软磁材料的主要特点是磁导率高饱和磁化啊强度大、电阻高、损耗低、稳定性好。

硬磁材料的主要特点是剩磁要大矫顽力也要大，不易去磁。

对温度、时间、振动等干扰的稳定性要好。

磁流体作为一种特殊的功能材料,是把纳米数量级(10纳米左右)的磁性粒子包裹一层长链的表面活性剂，均匀的分散在基液中形成的一种均匀稳定的胶体溶液。

磁流体由纳米磁性颗粒、基液和表面活性剂组成。

一般常用的有Fe3O4、Fe2O3、Ni、Co 等作为磁性颗粒，以水、有机溶剂、油等作为基液，以油酸等作为活性剂防止团聚。

二、磁性纳米材料的特点1. 量子尺寸效应：材料的能级间距是和原子数N 成反比的，因此，当颗粒尺度小到一定的程度，颗粒内含有的原子数N 有限，纳米金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散，纳米半导体微粒则存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道，能隙变宽。

随着科技的发展越来越多的新型材料开始被研发和生产，其中纳米材料是应用较为广泛的一种，而纳米技术的不断发展也使得纳米材料的种类在不断的增加，其中磁性纳米材料多应用于医疗上，本次就分享什么是磁性纳米材料。

磁性纳米材料是指材料尺寸限度在纳米级，一般在1～100纳米的准零维超细微粉，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。

磁性纳米材料具有量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应三种特征。

其中量子尺寸效应指的是因为材料的能级间距是和原子数N成反比的，所以当颗粒尺度小到一定的程度，颗粒内含有的原子数N有限，纳米金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散，纳米半导体微粒则存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道，能隙变宽。

当这能隙间距大于材料物性的热能，磁能，静电能，光子能等等时，就导致纳米粒子特性与宏观材料物性有显著不同。

小尺寸效应指的是当粒子尺度小到可以与光波波长，磁交换长度，磁畴壁宽度，传导电子德布罗意波长，超导态相干长度等物理特征长度相当或更小时，原有晶体周期性边界条件破坏，物性也就表现出新的效应，如从磁有序变成磁无序，磁矫顽力变化，金属熔点下降等。

宏观量子隧道效应指的则是微观粒子具有穿越势垒的能力。

而在相关研究中，发现宏观磁学量如磁化强度，磁通量等也具有隧道效应，这就是宏观量子隧道效应。

它限定了磁存储信息的时间极限和微电子器件的尺寸极限。

以上是对磁性纳米材料的相关介绍，下面介绍一家生产磁性材料的公司。

南京东纳生物科技有限公司是一家集产学研于一体的高新技术型企业，主要从事纳米材料及生物医学纳米技术，功能微球、体外诊断试剂与仪器等研发与生产。

公司拥有一批包括多名创业教授、博士后、博士及硕士的自主研发队伍，同时广泛联合各知名高校院所及医院的专家团队。

第十章 纳米磁性材料一、材料的磁性二、纳米微粒的磁学性能 三、纳米固体材料的磁学性能 四、纳米磁性材料一、材料的磁性1. 材料的磁现象① 天然磁石：主要成分为Fe 3O 4，属于一种尖晶石结构的铁氧体，其显著特点是具有吸铁的能力，称为永磁材料，也称为硬磁或恒磁材料。

慈(磁)石的发现、磁石吸铁的发现、磁石指南和最早磁指南器(司南)的发明、指南针的发明和应用、地球磁偏角的发现、地球磁倾角的利用、磁在医药上的应用、北极光地球磁现象和太阳黑子、太阳磁现象的记载等，都是中国最早发现、发明、应用和记载的。

② 1820年，奥斯特发现电流产生磁场：距导线r 米处的磁场强度H 为： H = I / 2 r (A/m)1 A/m = 4103Oe (Oersted)材料在外加磁场 H （直流、交变或脉冲磁场）作用下，会在材料内部产生一定的磁通量密度，称其为磁感应强度B ，单位为T(Tesla)或韦伯/米2(Wb/m 2)。

1T = 1 Wb/m 21T = 104Gauss：磁导率，为材料的本征参数： 4 10-7亨利/米③ 其他表征磁性材料的参数：相对磁导率：r=/磁化率： = r– 1磁化强度：M = H2. 材料磁性的微观机理 ① 基本概念：磁偶极子：线度小至原子的小磁铁，可等效为环绕电路流动的电荷，如电子绕原子核的运动、电子的自旋、旋转的电子核等。

磁偶极矩P m ：真空中每单位外加磁场作用在磁偶极子上的最大力矩。

磁矩m ：P m 与0的比值，单位为A·m 2。

② 材料的宏观磁性：由组成材料的原子中电子的磁矩引起，产生磁矩的原因有二：i ）电子绕原子核的轨道运动，产生一个非常小的磁场，形成一个沿旋转轴方向的轨道磁矩m o 。

ii ）每个电子本身作自旋运动，产生一个沿自旋轴方向的自旋磁矩m s ，它比m o 大得多。

故每个电子可看成一个小磁体，具有永久的m o 和m s 。

Bohr 磁子B= e ħ/2m e每个电子的m s B， m o 受不断变化方向的晶格场作用，不能形成联合磁矩。

纳米晶磁芯和非晶磁芯-概述说明以及解释1.引言1.1 概述磁芯作为电子器件中的重要组成部分，其性能对设备的工作稳定性和效率起着至关重要的作用。

在磁芯的不断研发和改良过程中，纳米晶磁芯和非晶磁芯成为了研究的热点。

纳米晶磁芯是一种由纳米级晶粒组成的磁性材料，其在磁性能、导磁性和饱和磁感应强度方面具有显著的优势。

相比于传统的晶体磁芯，纳米晶磁芯具有更高的饱和磁感应强度、更低的磁导率和较小的矫顽力损耗。

这些特点使得纳米晶磁芯在高频应用领域具有广阔的市场前景，尤其适用于电力电子设备、通信设备以及电动车等领域。

非晶磁芯是一种非晶态材料，其具有无定形的结构特点。

相比于晶态材料，在非晶磁芯中，原子的排列更加无规律，形成了非晶态结构。

非晶磁芯具有低的矫顽力损耗、高的导磁性能和较高的饱和磁感应强度，尤其适用于高频应用。

目前，非晶磁芯广泛应用于变压器、电感器、磁存储器以及电力传输和变换装置等领域。

本篇文章将对纳米晶磁芯和非晶磁芯的特点和应用进行详细阐述，并对两者进行对比分析。

同时，还将展望纳米晶磁芯和非晶磁芯在未来的发展趋势和应用前景。

通过深入了解纳米晶磁芯和非晶磁芯的特点和应用，我们可以更好地理解它们对电子器件性能的影响，以及它们在各个领域中的潜在应用价值。

1.2 文章结构文章结构部分的内容：本文共分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分主要概述了纳米晶磁芯和非晶磁芯的研究背景和意义，并介绍了本文的目的和结构。

正文部分主要分为纳米晶磁芯和非晶磁芯两个小节。

在纳米晶磁芯小节中，将详细介绍纳米晶磁芯的特点和应用。

特点方面，将分析其磁性能、热稳定性、晶粒尺寸等方面的优势。

应用方面，将介绍纳米晶磁芯在电力系统、电子设备等领域的具体应用情况。

在非晶磁芯小节中，将详细介绍非晶磁芯的特点和应用。

特点方面，将分析其饱和磁化强度、磁导率、磁滞损耗等方面的特点。

应用方面，将介绍非晶磁芯在变压器、电感器等领域的具体应用情况。

结论部分将对比纳米晶磁芯和非晶磁芯的优势与劣势，总结各自的适用范围和特点。

纳米材料及纳米Fe3O4磁性材料的研究纳米是一个长度单位，1nm=10-9m。

纳米材料是指在结构上具有纳米尺度调制特征的材料，纳米尺度一般是指1-100nm。

当一种材料的结构进入纳米尺度特征范围时，其某个或某些性能会发生明显的变化。

纳米尺度和性能的特异变化是纳米材料必须同时具备的两个基本特征。

按材质，纳米材料可分为纳米金属材料、纳米非金属材料、纳米高分子材料和纳米复合材料。

其中纳米非金属材料又可细分为纳米陶瓷材料、纳米氧化物材料和其他非金属纳米材料。

按纳米尺度在空间的表达特征，纳米材料可分为零维纳米材料即纳米颗粒材料、一维纳米材料（如纳米线、棒、丝、管和纤维等）、二维纳米材料（如纳米膜、纳米盘和超晶格等）、纳米结构材料即纳米空间材料（如介孔材料）。

按形态，纳米材料可分为纳米颗粒材料、纳米固体材料（也称纳米块体材料）、纳米膜材料以及纳米液体材料（如磁性液体纳米材料和纳米溶胶等）。

按功能，纳米材料可分为纳米生物材料、纳米磁性材料、纳米药物材料、纳米催化材料、纳米智能材料、纳米吸波材料、纳米热敏材料以及纳米环保材料等。

当材料的结构具有纳米尺寸调制特征时，将呈现许多特异的性能。

下面以纳米Fe3O4磁性材料为例。

一、Fe3O4的介绍：磁铁矿Fe3O4是一种简单的铁氧化物，是一种非金属磁性材料，它是反尖晶石型结构。

磁铁矿可以写成【Fe3+】+【Fe2+Fe3+】O4，磁铁矿中每个Fe3+离子有五个3d电子，它们是自旋平行的，因此其磁矩为5.92BM，但由于在四面体空隙中Fe3+离子和八面体空隙中是我Fe3+磁矩取向相反，这就是它们的磁矩全部抵消。

铁氧体磁性材料是由金属氧化物组成的，可用MO。

XFe2O3表示，其中M是二加劲属离子，如：Fe，Mn，Co，Ni，Mg，Ba等，而X可取1，2，3，4，6。

事实上，铁氧磁性材料的自发此话与其中的金属氧化物的自发磁化密切相关。

现以MnO为例说明金属氧化物的间接交换作用，以进一步说明铁氧体材料中的自发磁化。

纳米晶磁条1. 介绍纳米晶磁条（Nanocrystalline Magnetic Strip）是一种新型的磁性材料，由纳米晶粒组成。

纳米晶是指具有纳米级晶粒尺寸（通常小于100纳米）的晶体材料。

纳米晶磁条具有许多优异的性能，包括高磁导率、低磁滞损耗、高饱和磁感应强度等，因此在电子和电力领域有广泛的应用。

2. 结构和制备方法纳米晶磁条的结构由纳米晶粒组成，这些粒子之间存在着高度有序的磁畴结构。

纳米晶粒的尺寸通常在几纳米到几十纳米之间，具有高度的晶界密度和大量的晶界缺陷。

这种结构使得纳米晶磁条具有优异的磁性能。

制备纳米晶磁条的方法主要包括快速凝固法和热处理法。

快速凝固法是通过迅速冷却熔融态合金来制备纳米晶磁条，常用的方法有快速凝固淬火法和溅射法。

热处理法是在晶体材料中通过热处理来形成纳米晶结构，常用的方法有球磨法和退火法。

3. 特性和性能纳米晶磁条具有许多优异的特性和性能，使得它在各个领域有广泛的应用。

3.1 高磁导率纳米晶磁条具有高磁导率，这是由于其纳米晶结构中存在大量的晶界和晶界缺陷。

晶界是指晶体内部不同晶粒之间的边界，晶界缺陷是指晶界上的缺陷，如位错和孪晶。

这些晶界和晶界缺陷会散射磁场，从而提高磁导率。

高磁导率使得纳米晶磁条在电力变压器和电感器等电力设备中具有更高的效率。

3.2 低磁滞损耗纳米晶磁条具有低磁滞损耗，这是由于其纳米晶结构中存在大量的晶界和晶界缺陷。

晶界和晶界缺陷会限制磁畴的磁翻转，从而降低磁滞损耗。

低磁滞损耗使得纳米晶磁条在高频电磁器件中具有更好的性能，如高频变压器和高频感应加热器。

3.3 高饱和磁感应强度纳米晶磁条具有高饱和磁感应强度，这是由于其纳米晶结构中存在大量的晶界和晶界缺陷。

晶界和晶界缺陷会限制磁畴的磁翻转，从而增加磁畴的密度，提高饱和磁感应强度。

高饱和磁感应强度使得纳米晶磁条在电力变压器和电感器等电力设备中可以实现更小体积和更高功率。

4. 应用领域纳米晶磁条在电子和电力领域有广泛的应用。

納米磁性材料及應用磁性是物質的基本屬性，磁性材料是古老而用途十分廣泛的功能材料，納米磁性材料是20世紀70年代後逐步産生、發展、壯大而成爲最富有生命力與寬廣應用前景的新型磁性材料。

美國政府今年大幅度追加納米科技研究經費，其原因之一是磁電於器件巨大的市場與高科技所帶來的高利潤，其中巨磁電阻效應高密度讀出磁頭的市場估計爲10億美元，目前己進入大規模的工業生産，磁隨機記憶體的市場估計爲1千億美無，預計不久將投入生産，磁電子感測器件的應用市場亦十分寬廣。

納米磁性材料及應用大致上可分三大類型：1．納米顆粒型* 磁記錄介質 * 磁性液體 * 磁性藥物 * 吸波材料2．納米微晶型* 納米微晶永磁材料 * 納米微晶軟磁材料3．納米結構型* 人工納米結構材料薄膜，顆粒膜，多層膜，隧道結* 天然納米結構材料鈣鈦礦型化合物納米磁性材料的特性不同於常規的磁性材料，其原因是關聯於與磁相關的特徵物理長度恰好處於納米量級，例如：磁單疇尺寸，超順磁性臨界尺寸，交換作用長度，以及電子平均自由路程等大致處於1-100nm量級，當磁性體的尺寸與這些特徵物理長度相當時，就會呈現反常的磁學性質。

磁性材料與資訊化、自動化、機電一體化、國防，國民經濟的方方面面緊密相關，磁記錄材料至今仍是資訊工業的主體，磁記錄工業的産值約1千億美元，爲了提高磁記錄密度，磁記錄介質中的磁性顆粒尺寸已由微米，亞微米向納米尺度過度，例如合金磁粉的尺寸約80nm，鋇鐵氧體磁粉的尺寸約40nm，進一步發展的方向是所謂"量子磁片"，利用磁納米線的存儲特性，記錄密度預計可達400Gb／in2，相當於每平方英寸可存儲 20萬部紅樓夢，由超順磁性所決定的極限磁記錄密度理論值約爲6000Gb／in2。

近年來，磁片記錄密度突飛猛進，現己超過10Gb／in2，其中最主要的原因是應用了巨磁電阻效應讀出磁頭，而巨磁電阻效應是基於電子在磁性納米結構中與自旋相關的輸運特性。

纳米磁性材料及应用摘要纳米磁性材料的特性不同于常规的磁性材料，其原因在于与磁性相关联的特征物理长度恰好处于纳米量级关键词。

利用这些特性，涌现出一些列新材料与众多应用。

本文主要介绍了纳米微晶材料及其应用以及磁纳米颗粒在磁记录材料、磁性液体以及磁性药物方面的应用。

关键词：纳米磁性材料；纳米技术；磁性材料1.引言1.1物质的磁性磁性现象的范围是很广泛的，从微观粒子到宏观物体，以至宇宙天体，都具有某种程度的磁性。

按照现代原子物理学的观念，物质内部的元磁性体有以下两种[1]：（1）组成物质的基本粒子（电子、质子、中子等）都具有本征磁矩（自旋磁矩）（2）由于电子在原子内运动而产生的微观电流的磁矩（轨道磁矩），以及质子和中子在原子核内的运动所产生的磁矩当大量原子和分子集团组成物质时，原子内的这些元磁性体之间有各种相互作用，这些相互作用就是物质的磁性起源。

1.2纳米磁性材料的分类磁性材料一直是国民经济、国防工业的重要支柱与基础，应用十分广泛，尤其在信息存储、处理与传输中已成为不可缺少的组成部分，广泛地应用于电信、自动控制、通讯、家用电器等领域。

随着技术的发展，磁性材料进入纳米阶段。

纳米磁性材料及其应用主要分为四个方面[2]：（1）磁性纳米微晶材料及其应用；（2）磁性纳米微粒材料；（3）磁性纳米有序阵列及其应用；（4）磁性纳米结构材料及其应用。

1.3纳米磁性材料的特性纳米磁性材料的特性不同于常规的磁性材料，其原因在于与磁性相关联的特征物理长度恰好处于纳米量级，例如：磁单畴尺寸、超顺磁性临界尺寸等大致处于1-100nm量级，当磁性体的尺寸与这些特征物理长度相等时，就会呈现反常的磁学与电学性质[3]。

表1所示为Fe、Ni的磁单畴临界半径和超顺磁性临界尺寸[2]。

表1 Fe、Ni的磁单畴临界半径和超顺磁性临界尺寸M Fe Ni磁单畴临界半径（nm）8.0 21.2超顺磁性临界尺寸（nm） 6.3 252.磁性纳米微晶材料及其应用磁性纳米微晶材料大致上可分为纳米微晶软磁材料与纳米微晶永磁材料二大类。

第十章 纳米磁性材料一、材料的磁性二、纳米微粒的磁学性能 三、纳米固体材料的磁学性能 四、纳米磁性材料一、材料的磁性1. 材料的磁现象① 天然磁石：主要成分为Fe 3O 4，属于一种尖晶石结构的铁氧体，其显著特点是具有吸铁的能力，称为永磁材料，也称为硬磁或恒磁材料。

慈(磁)石的发现、磁石吸铁的发现、磁石指南和最早磁指南器(司南)的发明、指南针的发明和应用、地球磁偏角的发现、地球磁倾角的利用、磁在医药上的应用、北极光地球磁现象和太阳黑子、太阳磁现象的记载等，都是中国最早发现、发明、应用和记载的。

② 1820年，奥斯特发现电流产生磁场：距导线r 米处的磁场强度H 为： H = I / 2π r (A/m)1 A/m = 4 ⨯ 103 Oe (Oersted)✍ 材料在外加磁场 H （直流、交变或脉冲磁场）作用下，会在材料内部产生一定的磁通量密度，称其为磁感应强度B ，单位为T(Tesla)或韦伯/米2 (Wb/m 2)。

1T = 1 Wb/m 21T = 104 Gaussμ：磁导率，为材料的本征参数 μ0：4 ⨯ 10-7 亨利/米③ 其他表征磁性材料的参数：相对磁导率：μr = μ / μ0 磁化率：χ = μr – 1 磁化强度：M = χH2. 材料磁性的微观机理 ① 基本概念：磁偶极子：线度小至原子的小磁铁，可等效为环绕电路流动的电荷，如电子绕原子核的运动、电子的自旋、旋转的电子核等。

磁偶极矩P m ：真空中每单位外加磁场作用在磁偶极子上的最大力矩。

磁矩m ：P m 与μ0的比值，单位为A·m 2。

② 材料的宏观磁性：由组成材料的原子中电子的磁矩引起，产生磁矩的原因有二：i ）电子绕原子核的轨道运动，产生一个非常小的磁场，形成一个沿旋转轴方向的轨道磁矩m o 。

ii ）每个电子本身作自旋运动，产生一个沿自旋轴方向的自旋磁矩m s ，它比m o 大得多。

故每个电子可看成一个小磁体，具有永久的m o 和m s 。