铁基纳米材料的磁性研究

第３３卷第４期　２０１１年７月　上海金属　ＳＨＡＮＧＨＡｌ　ＭＥＴＡＬＳ　Ｖｏ１．３３，Ｎｏ．４　Ｊｕｌｙ，２０１１　１９　

铁基多层纳米磁性薄膜的组织与磁性能研究　

王军殷俊林严彪　（同济大学材料学院金属基材料研究所上海市金属功能材料　点实验室一　海２０１８０４）　

【摘要】　利用表面刻蚀镀膜技术制备了铁基多层纳米磁性薄膜，通过刻蚀镀膜控制参数　

的调整，可以精确地控制薄膜的厚度。然后对薄膜进行退火处理，使薄膜晶化。最后，对薄膜磁　『生能进行了测量。　

【关键词】　磁性薄膜多层磁性能组织　

ＳＴＵＤＹ　ｏＮ　ＭＩＣＲｏＳＴＲＵＣＴＵＲＥ　ＡＮＤ　ＰＲｏＰＥＲＴＩＥＳ　ｏＦ　

ＦＥＲＲｏＵＳ　ＭＡＧＮＥＴＩＣ　ＮＡＮｏ．ＦＩＬＭＳ　

Ｗａｎｇ　Ｊｕｎ　Ｙｌｎ　Ｊｕｎｌｉｎ　Ｙ　ａｎ　Ｂｉａｏ　（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｍｅｔａｌ－Ｂａｓｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎｇｊｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ；　

Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｍｅｔａｌ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）　

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】　Ｆｅｒｒｏｕｓ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｎａｎｏ・ｆｉｌｍｓ　ｗｅｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｂｙ　ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ　

ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｏｆ　ｆｉｌｍｓ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｂｙ　ａｄｊｕｓｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｏｆ　ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ　ｆｉｌｍｓ　ｂｅｃａｍｅ　ｃｒｙｓｔａｌ　ａｆｔｅｒ　ｔｅｍｐｅｒｅｄ．Ａｔ　ｌａｓｔ，ｔｈｅ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｉｌｍｓ　ｗｅｒｅ　ｍｅａｓｕｒｅｄ．　【Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ】　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｎａｎｏ—Ｆｉｌｍｓ，Ｍｕｌｔｉ—Ｌａｙｅｒｓ，Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，Ｍｉｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　

铁基纳米晶合金

一、简介：

铁基纳米晶合金是由铁元素为主，加入少量的Nb、Cu、Si、B元素所构成的合金经快速凝固工艺所形成的一种非晶态材料，这种非晶态材料经热处理后可获得直径为的，弥散分布在非晶态的基体上，被称为微晶、纳米晶材料或纳米晶材料。微晶直径10-20

nm, 适用频率范围50Hz-100kHz.

二、背景介绍：

1988年日本的Yoshizawa等人首先发现,在Fe-S-iB非晶合金的基体中加入少量Cu和M(M=Nb,Ta,Mo,W等),经适当的温度晶化退火以后,可获得一种性能优异的具有bcc结构的超细晶粒(D约10nm)软磁合金。这时材料磁性能不仅不恶化,反而非常优良,这种非晶合金经过特殊的晶化退火而形成的晶态材料称为纳米晶合金。其典型成份为Fe7315Cu1Nb3Si1315B9,牌号为Finemet。其后,Suzuki等人又开发出了Fe-M-B(M=Zr,Hf,Ta)系,即Nanoperm系。到目前为止,已经开发了许多纳米晶软磁材料,包括:Fe基、Co基、Ni基[2]。由于Co基和Ni基不易于形成K、Ks同时为零的非晶态或晶态合金,如果没有特殊情况,实用价值不大。

三、铁基纳米晶软磁合金的制备方法

纳米晶软磁合金的制备一般采用非晶晶化法。它是在用快淬法、雾化法、溅射法等制得非晶合金的基础上,对非晶合金在一定的条件下(等温、真空、横向或纵向磁场等)进行退火,得到含有一定颗粒大小和体积分数的纳米晶相。近年来,也有一些研究者采用高能球磨法制备纳米晶软磁合金。

四、纳米晶软磁合金的结构与性能

纳米晶软磁合金的典型成份为Fe7315Cu1Nb3Si1315B9。随着研究的不断进行,合金化元素几乎遍及整个元素周期表。从合金的化学成份在合金中的作用看,可以分为4类:

(1). 铁磁性元素:Fe、Co、Ni。由于Fe基合金具有高Bs的优势,且纳米晶合金可以实现K和Ks同时为零,因而使L值很高、损耗很低,价格便宜,成为当今研究开发的中心课题。

第２２卷第２期　

２００８年　６月　山东轻工业学院学报　

ＪＯＵＲＮＡＬ　０Ｆ　ＳＨＡＮＤ０ＮＧ　ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ　ＯＦ　ＬＩＧＨＴ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　Ｖ０１．２２№．２　

Ｊｕｎｅ．２０ｏ８　

文章编号：１００４—４２８０（２００８）０２—０００５—０４　

载药磁性纳米材料研究进展　

周伟家，何　文，赵洪石，李正茂，闫顺璞　

（山东轻工业学院材料科学与工程学院，山东济南２５０３５３）　

摘要：载药磁性纳米载体由磁核、骨架材料和药物组成。在外加磁场作用下，载体携带药物在体内定向移动，提高　

治疗效果、降低毒副作用。载药纳米载体在靶向给药、磁控栓塞和核磁共振等医学领域有着重要的应用。本文主　

要介绍了载药磁性纳米载体的靶向机理、合成方法、应用和研究进展。　

关键词：磁性靶向；合成方法；表面修饰；研究进展　

中图分类号：ＴＢ３２　文献标识码：Ａ　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｄｏｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍｅｄｉｃｉｎｅ——ｃａｒｒｉｅｄ　ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ　

ＺＨＯＵ　Ｗｅｉ—ｊｉａ，ＨＥ　Ｗｅｎ，ＺＨＡＯ　Ｈｏｎｇ—ｓｈｉ，ＬＩ　Ｚｈｅｎｇ—ｉｎａｏ，ＹＡＮ　Ｓｈｕｎ—ｐｕ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎ　ｎｅｅｒｉｎｇ，　

Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｌｉｇｈｔ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｊｉｎａｎ　２５０３５３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍｅｄｉｃｉｎｅ—ｃａｒｒｉｅｄ　ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌ　ｉｓ　ｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｏｆ　ｍａｇｎｅｔｉｓｍ　ｎｕｃｌｅｕｓ，ｓｋｅｌｅｔｏｎ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ａｎｄ　

ｍｅｄｉｃｉｎｅ．Ｕｎｄｅｒ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｉｅｌｄ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｃａｒｒｉｅｒ　ｔａｋｅｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｍｅｄｉｃｉｎｅ　ｉｎ　ｖｉｖｏ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｍｉｇｒａ－　

ｔｉｏｎ，ｔｏ　ｅｎｈａｎｃｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ａｎｄ　ｒｅｄｕｃｅ　ｐｏｉｓｏｎｏｕｓ　ｓｉｄｅ　ｅｆｆｅｃｔ．Ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍｅｄｉｃｉｎｅ—ｃａｒｒｉｅｄ　ｎａｎｏｍａ－　

第 1 页 共 7 页 磁性纳米功能材料研究进展

摘 要: 磁性纳米材料是纳米科技的重要研究领域之一。本文综述了磁性纳米材料的分类、特性及若干磁性功能材料在研究和应用方面的新进展。主要内容包括:永磁纳米材料、软磁纳米材料、磁性液体、磁性生物高分子微球、纳米磁波材料等。

关键词: 磁性; 纳米; 功能材料

纳米材料的颗粒尺度大致处在1～100 nm 之间,处在原子簇和宏观物体交界过渡区域。由于其极细的晶粒,大量处于晶界和晶粒内缺陷的中心原子以及晶粒本身具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等,使纳米材料与相同组成的体相材料相比具有一系列新异的物理、化学特性,在宇航、电子、冶金、化学、生物和医学等领域展示了广泛的应用前景。人类很早就认识到物质的磁性,并利用物质的磁性为人类造福。现代文明更是离不开磁性材料,从发电站、粒子加速器、火箭卫星,到大大小小的家用电器,磁性无不在起重要作用。近年来,纳米材料的磁性研究也得到了国内外研究者的关注。本文着重评述磁性纳米材料的最新研究成果及进展。

1 磁性纳米材料的分类

物质的磁性来源于物质内部电子和核的磁性质。任何带电体的运动都必然在它周围产生磁场,磁性是所有物质的最普遍的属性之一,即自然界任何宏观物体都具有某种程度的磁性。根据物质的磁性,磁性纳米材料大致可分为:永磁(硬磁) 纳米材料、软磁纳米材料、半硬磁纳米材料、旋磁纳米材料、矩磁纳米材料和压磁纳米材料等[1] 。根据其结构大小分为:纳米颗粒型,如一些磁记录介质、磁性液体、磁性药物及吸波材料等;纳米微晶型,如纳米微晶永磁材料、纳米微晶软磁材料等;纳米结构型,有人工纳米结构材料(薄膜、颗粒膜、多层膜、隧道膜) 和天然纳米结构材料(钙钛矿型化合物) 等。根据磁性材料的物相可分:固相磁性纳米材料和液相磁性纳米材料等。根据应用的角度,磁性纳米材料可分为:纳米微晶软磁材料、纳米微晶永磁材料、纳米磁记录材料、磁性液体、颗粒膜磁性材料、巨磁电阻材料等。