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纳米磁性材料的制备与性能优化方法概述：纳米磁性材料是一种具有很高应用潜力的材料，其独特的磁性能使其在信息存储、生物医学、能源等领域展现出广泛的应用前景。
制备高质量的纳米磁性材料并优化其性能是实现这些应用的重要关键。
本文将介绍纳米磁性材料的制备方法，并探讨了性能优化的策略。
一、纳米磁性材料的制备方法1. 化学合成法：化学合成法是制备纳米磁性材料最常用的方法之一。
其中，共沉淀法、热分解法和溶胶凝胶法是常用的制备方法。
在共沉淀法中，通过溶液的共沉淀反应，将金属离子还原成金属粒子，形成纳米尺寸的磁性材料。
热分解法则通过高温下的化学反应使金属有机络合物分解，生成磁性纳米颗粒。
溶胶凝胶法则通过溶胶和凝胶中间相的相互转化，形成纳米尺寸的颗粒。
2. 物理制备法：物理制备方法主要包括溅射法、磁控溅射法、熔融法和机械合金化法。
溅射法利用高速离子轰击固体靶材产生的溅射粒子来形成纳米尺寸的磁性材料。
磁控溅射法则在溅射过程中加入磁场，以控制溅射和成膜过程中的离子行为，进一步优化纳米磁性材料的性能。
熔融法则利用高温使固相反应发生，形成纳米尺寸的磁性材料。
机械合金化法则通过高能球磨使原料粉末发生冶金反应，形成纳米尺寸的磁性材料。
二、纳米磁性材料的性能优化方法1. 形貌调控：通过调控纳米磁性材料的形貌，可以有效优化其性能。
例如，可以通过调控合成方法和条件，控制颗粒的大小、形状和分布，从而影响其磁性能。
此外，还可以利用表面修饰剂对纳米颗粒进行表面修饰，如包覆一层稳定剂或功能化分子，增强其磁性能、稳定性以及生物相容性等特性。
2. 结构调控：纳米磁性材料的晶体结构对其磁性能具有重要影响。
可以通过控制合成条件和添加适当的合金元素来调控晶格结构，从而优化其磁性能。
此外，还可以通过结构调控来调整纳米磁性材料的饱和磁化强度、居里温度和磁晶各项差等性能指标。
3. 磁场处理：磁场处理是一种常用且有效的优化纳米磁性材料性能的方法。
通过对纳米材料施加外加磁场，并在特定磁场条件下进行退火和磁化处理，可以有效地调控纳米磁性材料的结晶度、晶体尺寸和磁畴结构等参数，从而优化其磁性能。
稀土永磁的原理稀土永磁材料，也称为稀土永磁体，是一种具有特殊磁性的材料。
它们之所以被称为稀土永磁材料，是因为它们的主要成分是稀土金属和一些过渡金属。
稀土元素是指周期表中镧系元素和钇系元素，包括镧（La）、铈（Ce）、钕（Nd）、钐（Sm）、铽（Eu）、镝（Gd）、钆（Tb）、铽（Dy）、镝（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）和钇（Y）等。
这些元素具有独特的电子结构和磁性特性，使得稀土永磁材料具有较高的剩余磁化强度和矫顽力，可以产生强大的磁场。
稀土永磁材料的磁性原理主要有两个方面：劈裂自旋模型和交换耦合模型。
劈裂自旋模型是指当稀土金属离子处于晶体场中时，由于晶体场的作用，电子轨道分裂成多个能级。
这些能级与稀土离子的自旋角动量相耦合，形成了不同的劈裂自旋状态（也称为多重态）。
而这些不同的自旋状态又可以通过外界磁场的作用进行转变。
当外界磁场施加到稀土永磁材料上时，它会导致自旋状态的跃迁，从而产生磁化强度和矫顽力。
交换耦合模型是指稀土永磁材料中，稀土金属离子之间存在着交换相互作用。
这种交换相互作用可以使得稀土金属离子的自旋有序排列，形成类似于铁磁体的磁性结构。
而这种自旋有序排列又可以通过外界磁场的作用进行调控。
当外界磁场施加到稀土永磁材料上时，它会改变稀土金属离子之间的相互作用，从而调控磁性结构，产生强大的磁场。
总的来说，稀土永磁材料的磁性原理是由稀土金属离子的电子结构和磁性相互作用决定的。
既有劈裂自旋模型的能级跃迁，又有交换耦合模型的自旋有序排列。
这些效应的综合作用使得稀土永磁材料具有特殊的磁性特性，成为目前磁性材料中的重要一类。
稀土永磁材料在实际应用中广泛用于电机、发电、电子设备、计算机等领域。
因为稀土永磁材料具有较高的磁化强度和矫顽力，可以产生强大的磁场。
此外，稀土永磁材料还具有良好的抗腐蚀性能、高温稳定性和低温稳定性，适用于各种特殊环境。
然而，稀土永磁材料也存在一些问题，比如资源紧缺、价格高昂、环境污染等。
Nd-Fe-B/a-Fe双相纳米复合永磁材料的发展及研究进展摘要：简要分析稀土永磁材料的发展，及当前状况下nd-fe-b/a-fe双相纳米复合永磁材料的研究方向，对我国的稀土永磁材料展望。
关键词：稀土材料；永磁材料；nd-fe-b/a-fe；纳米复合永磁材料中图分类号tg1 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）53-0049-021稀土永磁材料的发展概况稀土永磁材料是以稀土金属元素r（sm.nd.pr等）与过渡族金属tm（co.fe等）所形成的一类高性能永磁材料，通常以技术参量：最大磁能积、剩磁、磁感矫顽力、内禀矫顽力等来衡量该类物质的性能。
这些值越大，材料的性能越好，质量越高，而使用这类材料的磁性器件便可小型化、轻量化、高性能化。
它是20世纪60年代出现的新型金属永磁材料，其发展至今已经历了第一代smco5系（1:5型），第二代sm2co17系（2:17型）以及第三代nd-fe-b系稀土永磁材料。
由于前两代稀土永磁材料都含有地壳中的微量元素sm和战略储备物资co，因而这两种永磁体成本太高，应用推广受到很大的局限。
为了摆脱sm、co的束缚，降低磁体的成本，人们将研究的焦点转向成本低廉的稀土一铁基磁体的上，至此迈向了开发稀土一铁基磁体的新时代。
2 nd-fe-b/a-fe双相纳米复合永磁材料的研究进展为充分发挥纳米晶复合永磁材料高磁能积、高剩磁的优点，克服内禀矫顽力低的缺点，人们对如何改善nd2fel4b/α-fe相的组成、分布状态和晶粒大小等关键因素进行了大量的实验研究。
目前，制备纳米晶复合稀土永磁材料方法很多，其中熔体快淬法（mq法）是制备r2fel4b/α-fe系列纳米晶双相复合永磁材料使用的比较多，也是研究比较深入的一种工艺方法。
该工艺利用单辊真空熔体快淬设备冶炼母合金，然后真空快淬得到鳞片状薄带，其晶粒大小一般在30nm左右，经粉碎和适当热处理得到细小的粉末。
但是采用熔体快淬法制备的纳米复合永磁材料，由于快淬薄带冷却速度不均导致材料晶粒大小差异较大，进而影响了晶粒间的耦合作用使磁性能仍不太理想。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!科技情报开发与经济ＳＣＩ－ＴＥＣＨＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ２００８年第１８卷第１２期ＴｈｅＳｏｃｉａｌＳｅｃｕｒｉｔｙＳｙｓｔｅｍａｎｄＥｃｏｎｏｍｉｃＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＣｈｉｎａＬＩＵＸｉｕ－ｃｈｕｎＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｅｘｐｏｕｎｄｓｔｈｅｃｏｎｎｏｔａｔｉｏｎｓａｎｄｍａｉｎｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｓｏｃｉａｌｓｅｃｕｒｉｔｙｓｙｓｔｅｍ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｓｏｃｉａｌｓｅｃｕｒｉｔｙｓｙｓｔｅｍａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＣｈｉｎａ，ａｎｄｐｏｉｎｔｓｏｕｔｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｓｏｃｉａｌｓｅｃｕｒｉｔｙｓｙｓｔｅｍｏｎｅｃｏｎｏｍｉｃｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｓｏｃｉａｌｓｅｃｕｒｉｔｙｓｙｓｔｅｍ；ｍａｒｋｅｔｅｃｏｎｏｍｙ；ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｒｅｆｏｒｍ第一，健全的社会保障制度是扩大内需的重要手段。
希望通过短期内运用收入分配手段来实现降低过高收入和提高消费倾向的目标，这显然是不易实现的。
只有建立和完善社会保障制度，使储蓄居民的消费预期提前，才能就现有收入水平放心消费，从而达到促进消费、拉动经济增长的目的。
第二，健全的社会保障体系将会有力地促进企业改革。
作为我国市场经济主体的企业，其改革的成败决定着整个国民经济发展的进程。
我国传统的社会保障制度作为计划经济体制的产物，长期以来使企业集多种职能于一身，不仅承担生产经营职能，还担负着繁重的职工福利保障责任，承担着职工养老、医疗、待业的绝大多数费用。
而这些过重的保障职能对企业来说往往是内在不经济的，一方面加重了企业负担，削弱了企业在生产经营上应有的职能，使企业难以全身心地投入到利润最大化的活动中去，无法实现资本的保值增值；另一方面使那些建厂早、退休职工多的老企业背上了沉重的包袱，不能在公平基础上与别的企业竞争，压抑了企业的生产经营积极性。
《纳米晶钕铁硼磁体多晶模型中矫顽力与磁化反转的微磁学模拟》篇一一、引言随着科技的不断进步，纳米晶钕铁硼磁体因其优异的磁性能在众多领域得到了广泛应用。
为了更好地理解其磁化行为和性能特点，微磁学模拟成为了一种重要的研究手段。
本文将针对纳米晶钕铁硼磁体多晶模型中的矫顽力与磁化反转过程进行微磁学模拟，并探讨其背后的物理机制。
二、纳米晶钕铁硼磁体概述纳米晶钕铁硼磁体是一种典型的稀土永磁材料，具有高磁能积、高矫顽力等优点。
其多晶结构由大量纳米尺度的晶粒组成，这些晶粒的取向各异，对磁体的整体性能产生重要影响。
为了更好地理解其磁化行为，我们需要对多晶模型进行微磁学模拟。
三、微磁学模拟方法微磁学是一种研究磁性材料中磁化行为的方法，它基于磁矩守恒定律和能量最小原理，通过模拟每个晶粒的磁化状态来描述整个材料的磁化过程。
在模拟过程中，我们需要考虑以下几个方面：1. 建立多晶模型：根据纳米晶钕铁硼磁体的微观结构，建立合理的多晶模型。
2. 定义磁性参数：包括各向异性常数、交换耦合常数等。
3. 设定初始条件：根据实际情况设定初始磁场和温度等条件。
4. 计算与迭代：通过迭代计算，得到每个晶粒的磁化状态和整个材料的磁化过程。
四、矫顽力与磁化反转的微磁学模拟矫顽力是衡量磁体抵抗退磁能力的重要参数，它反映了磁体的稳定性。
在微磁学模拟中，我们可以通过计算不同条件下的矫顽力来分析其变化规律。
同时，我们还可以观察磁化反转过程，即在外加磁场的作用下，材料内部磁矩的重新排列过程。
在模拟过程中，我们发现矫顽力与材料的微观结构密切相关。
当材料中存在较多的纳米尺度的晶粒时，其矫顽力较高。
此外，各向异性和交换耦合作用也会对矫顽力产生影响。
在磁化反转过程中，不同取向的晶粒会逐渐调整其磁矩方向，以达到整体能量最低的状态。
这一过程受到外加磁场、温度和材料内部相互作用等多种因素的影响。
五、结论通过对纳米晶钕铁硼磁体多晶模型中矫顽力与磁化反转的微磁学模拟，我们更好地理解了其磁化行为和性能特点。
纳米双相复合钕铁硼永磁材料磁性能的分析技术摘要:可以通过采用熔体快淬和晶化热处理方法制备纳米晶双相复合钕铁硼永磁材料。
然后利用XRD、TEM、VSM以及多功能磁测量仪等手段研究制备工艺参数、成分变化对其微观结构和磁性能的影响规律。
本文主要讲述的是如何利用这些测试方法研究材料的磁性能。
关键词：钕铁硼永磁材料、XRD、TEM、VSMThe testing methods of two-phase nanocrystalline Nd-Fe-Bpermanent magnetsHuang xiaoqian(School of Material Science and Engineering, Shanghai University, Shanghai 200072, China)Abstract：Two-phase nanocrystalline Nd-Fe-B permanent magnets can be prepared by melt-spun and subsequent heat-treatment. We can get the optimum process parameters and composition of the Nd-Fe-B type alloys by studying their microstructure and magnetic properties via the methods of XRD, TEM, VSM and magnetic properties analysis. This paper is mainly about how to use these testing methods to study the magnetic properties of materials.Key words: Nd-Fe-B permanent magnets, XRD, TEM, VSM1.前言：1.1 简介：磁性材料包括硬磁材料、软磁材料、半硬磁材料、磁致伸缩材料、磁性薄膜、磁性微粉等。
Nd2Fe14B/α2Fe纳米复合永磁材料的有效各向异性Ξ冯维存1,2,高汝伟1,韩广兵1,刘汉强1,白 岗1(1.山东大学物理与微电子学院,山东济南250100;2.钢铁研究总院功能材料所,北京100081)摘 要: Nd2Fe14B/α2Fe纳米复合永磁材料中存在软2软、软2硬、硬2硬3种不同磁性晶粒界面。
不同晶粒间的交换耦合相互作用使其有效各向异性常数K eff减小。
K eff可以用这3种不同有效各向异性的统计平均值表示。
计算结果显示:K eff随晶粒尺寸D的减小和软磁性成分的增加而降低。
当D减小到4nm时,K eff减小为通常各向异性常数值的13～14。
当软磁性相体积分数为50%时,K eff的值下降为硬磁性相对应值的12左右。
有效各向异性与矫顽力的变化规律基本相同。
关键词: Nd2Fe14B/α2Fe纳米复合永磁体;交换耦合相互作用;有效各向异性中图分类号: T M273 文献标识码:A文章编号:100129731(2004)03202882031 引 言纳米磁性材料晶粒间的交换耦合相互作用使混乱取向的磁矩趋于平行排列,导致磁矩沿外磁场方向的分量增加,产生剩磁增强效应。
K neller[1]和Skomski[2]等人从理论上阐述了纳米复合永磁材料中软、硬磁性相晶粒之间的交换耦合相互作用可使材料同时具有硬磁性相的高矫顽力和软磁性相的高饱和磁化强度,其理论磁能积可达到1M J/m3,比目前永磁性能最好的烧结NdFeB磁体的磁能积高一倍,有可能发展成为新一代永磁材料。
这个预言引起了许多磁性材料研究者的极大兴趣,纷纷开展纳米复合永磁材料的理论和实验研究工作。
但实验结果表明:虽然纳米复合磁体的剩磁有很大提高,但是矫顽力下降太多,致使这类磁体的磁能积尚未达到烧结磁体磁能积的12,远低于其理论预期值。
矫顽力太低是制约纳米复合永磁材料性能的关键影响因素。
Bauer等人[3]在烧结磁体矫顽力公式中插入一个交换耦合系数αex,以表示纳米晶粒交换耦合相互作用对磁体矫顽力的影响。
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 .4Dec . 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:APrepara ti on of Nanocryst a lli n e Com posite Permanen tM agnetM ter i a lsand Exchange Coupled EffectZHAO Hong 2bin 1,CHE Ru 2xing 1,WANG Xiao 2feng 1,G AO Hong2(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.82 大连铁道学院学报第26卷揭示出磁体磁性能与微结构的强烈依赖性,其工艺及热处理方式和条件的研究[5]也越来越受到人们的重视.通常制备纳米交换耦合磁体的方法有机械合金化法、熔体快淬法及湿化学方法.这几种方法均是先制得非晶样品,然后在合适的温度下,晶化处理得到.溶胶-凝胶法是湿化学方法中一种被广泛应用的方法[6],其操作温度低,能准确控制掺杂量,保持样品的纯度及反应能够在分子级水平上进行分散、成核,进而形成凝胶,经高温焙烧可以形成高分散性高纯度的粉体纳米材料.同时根据粒子交换耦合作用的原理[7],只有当两相粒子的粒径达到30n m 以下才会在相邻两相颗粒表面产生交换耦合作用,进而产生原来孤立两相无法达到的性质.为了能够使两相发生交换耦合作用,国外有报道将两相在高温高压下进行焙烧,经过对样品的退火磁滞曲线的测定,产生光滑的曲线而判定两相产生交换耦合作用[8～12].由于上述方法所要求的条件极高,本文尝试使用溶胶-凝胶法,先将前驱体在低温条件下加热得到适当的分散的粉末,再通过压片焙烧的方法,改变NdFe O 3和Fe 2O 3两相颗粒间的距离,使之在适当的条件下发生交换耦合作用.1 实验部分(1)实验材料 选用分析纯Fe (NO 3)3・9H 2O 、Nd 2O 3、硝酸、E DT A 、柠檬酸、乙二醇、氨水为原料,采用双络合溶胶-凝胶法制备纳米永磁材料Fe Nd O 3/Fe 2O 3.(2)实验仪器 采用Perkin 2El m er7Series 热分析系统对凝胶进行差热差重分析;永磁材料粉体的平均粒径及晶相分析用Phili p 2T W 1710型X 射线衍射仪进行分析;用红外光谱仪考查了焙烧时有机物分解情况;用M 2155型振动样品磁强计进行磁性能的测试,所加最大磁化场H =1273.24K Am 2I,用化学分析法测定样品中Fe O 和CO 2,结合XRD 进行相态分析.(3)前驱体制备 首先对少量的稀土氧化物以1:1的浓硝酸进去溶解后,低温蒸发到多余的硝酸全部蒸干,得稀土的硝酸盐晶体,用少量的去离子水溶解,以E DT A 络合完全得溶液①.将硝酸铁以去离子水溶解,加入适当的柠檬酸完全溶解络合得溶液②.再将①中加入分散剂,以浓氨水调节pH 为中性后,在高速搅拌下,按nFe:n Nd =2:1的比例将②缓慢滴加于①中,并持续搅拌30分钟.然后在60℃的水浴中进行加热缓慢蒸发,形成粘稠状湿凝胶.再将凝胶用无水乙醇进行洗涤,于120℃干燥箱中干燥.(4)压片焙烧 干燥后的凝胶,在350℃的温度下焙烧4h,取出后研磨,分成A 、B 两份前驱体.前驱体A 保持不变,前驱体B 在4t/c m 2的压力下压成薄片后,再于450℃下焙烧两小时.使用X 射线衍射谱(XRD )确定样品的物相组成.用红外光谱(I R )分析焙烧过程中有机物的变化情况.用振动样品磁强计(VS M )在2.2T 外场下测量比饱和磁化强度σS 与内禀矫顽力H cJ ,并进行退磁曲线分析.同时采用化学分析方法对物相组成进行研究.2 结果与讨论2.1 样品的差热差重分析图1为所制样品前驱体的TG 2DTG 曲线.从DTG 曲线可以看出,当温度达到200℃时,由于前驱体中醇和氨水的挥发以及水份的蒸发,逐渐出现一个强失重峰,升高温度到350℃时,失重基本结束.继续升温度到400℃时,又逐渐出现第二个明显的失重峰,原因是络合物和碳酸根的分解而导致.温度超过500℃时,基本不再发生吸放热现象.结合XRD 图谱(见图2)可以确定要得到两相同时存在的焙烧温度区间是400℃～500℃之间,此时两相都有较强的特征峰出现.因此在400℃～500℃温度区域之间确定焙烧温度,有利于形成两相并产生交换耦合作用.单络合剂样品制备需要在600℃以下进行焙烧[13],而本文采用双络合体系制备样品焙烧温度约450℃,降低了焙烧温度. 第4期赵宏滨等:纳米晶复合稀土永磁材料制备及交换耦合作用83 图1 干凝胶的TG 2D TG 曲线表1 不同焙烧温度时CO 2和Fe O 含量焙烧温度/℃CO 2/%Fe O /%350 2.11 2.03 1.98 1.130.89 1.16400 1.010.870.961.160.94 1.184500.00 1.181.02 1.036000.000.33800-0.460.38900-0.680.762.2 焙烧过程中的相态变化将干凝胶分别在350,400,450,600,800和900℃焙烧,所得样品用化学相态分析测定CO 2与Fe O 含量,相态测试磁铁矿相和金属铁相,实验结果列于表1.从表1数据分析得出:①干凝胶在350℃焙烧后形成结构疏松的Fe 2O 3;样品中CO 2和Fe O 的摩尔分数大致为1.5:1,因此推断有Fe 2CO 3相和碳酸钕相存在,XRD 结果没有检测到磁铁矿相.②当焙烧温度升高到400℃时,样品中CO 2的摩尔分数减少,而Fe O 的摩尔分数相对有较大的增加,远超过1:1的比例,因此推断Fe 2CO 3相存在仍然少量的存在,XRD 结果开始检测到铁氧体NdFe O 3相的产生.③450℃焙烧的样品中均未检测到CO 2和Fe O ,说明在此温度下,碳酸盐已分解完全.在XRD 图谱中只有Fe 2O 3相和NdFe O 3相的谱峰,而且NdFe O 3相的峰已经很明显,说明随着焙烧温度的增加逐渐有稀土铁氧体NdFe O 3相形成.④600℃焙烧的样品中有部分Fe O 存在,XRD 图谱中没有磁铁矿相,而且随着NdFe O 3相的转化率增加,Fe O 含量也增加.到800℃完全转化成NdFe O 3相后,Fe O 含量不再增加了,这说明稀土铁氧体在形成M 相的过程中不断地产生Fe O,此时超微粉外观呈棕红色,仍保持其灰分时的疏松结构.⑤900℃时得到的稀土铁氧体结构仍与600℃的结构相同,但外观结构开始致密化,说明焙烧温度对相变有较大的影响.从上面的相态测定和XRD 测定可以看出,形成两相共存的区域为400℃～500℃.因此基本确定要实现两相交换耦合所需要的焙烧温度.2.3 X 射线衍射(XR D )分析结果从图2可以看出,当温度为400℃时,所得样品为Fe 2O 3和Nd 2O 2CO 3.当温度为450℃时,可以看到有永磁相NdFe O 3和软磁相Fe 2O 3出现.500℃以上,永磁相NdFe O 3衍射峰增强,而软磁相Fe 2O 3衍射峰减弱.从图1可清晰看出,软磁相Fe 2O 3的衍射峰向永磁相NdFeO 3的衍射峰变化过程.可以确信,当温度小于或等于500℃,存在软、硬磁两相. 图2 不同温度下样品的X射线衍射图谱 图3 不同烧结方法下样品的XRD 谱84 大连铁道学院学报第26卷 比较图3,a 粉末样品与b 薄片样品,发现在同样的条件下,衍射峰没有明显的变化,虽然进行压片,但是XRD 图谱中两相的峰高和峰位没有明显的差异,说明压片只能使两相产生一定程度上的耦合作用,而不会改变单晶的基本性质,不能改变晶粒的取向.其原因是样品先压片然后焙烧生成NdFe O 3/Fe 2O 3,因此样品中的晶粒保持各向同性.2.4 红外光谱分析从图4可以看出,350℃低温下有机物分解不完全,会形成过多的杂相,而当温度达到600℃时,有机物分解完全.从I R 图谱中可以看出,在350℃时,I R 图谱上仍然有明显的有机物特征峰.随着焙烧温度的升高,有机物的特征峰减弱,到450℃时有机物的特征峰完全消失,在630c m -1波长左右出现尖锐的Fe 2O ,Nd 2O 峰.600℃时I R 图谱没有出现其它的特征峰.与TG 2DTG 图配合,可以证明450℃时,柠檬酸已分解完全. 表2 焙烧温度与样品的比饱和磁化强度σs 、内禀矫顽力H cj 和最大磁能积(B H )MAX 的关系T/℃σS /(emu ・g -1)H c,j /oe M r/M S(B H )MAX /(M Goe )3505011360450a 7519640001550191b7516601501571187600a 6910435101550.91b681540070158 1.22800a 5311435101570152b5411397801590189图4 不同温度下焙烧的样品的红外光谱图2.5 样品的磁性能检测(1)VS M 测定VS M 测量结果列于表2(a 为粉末样品;b 为压成薄片样品),可以看出随着焙烧温度的增加,比饱和磁化强度σs 和内禀矫顽力H cj 的变化.当焙烧温度为350℃,σs 为50.1em u /g,主要来源于Fe 2O 3的贡献,但比理论值87.7e m u /g 要低,这可能因为热处理温度偏低,有部分无定形非晶,同时还有部分的Nd 2(CO 3)3相.当温度为450℃时,无论是粉末样还是薄片样,σs 和H cj 都达到最大值,σs 也超过N dFeO 3的理论值72em u /g,说明此温度下两相发生了相间的耦合作用,使磁性能有一定程度的提高.800℃的σs 和H cj 比600℃的要小.这是由于随着温度的增加,晶粒逐渐长大,由单畴变为多畴,H cj 必然降低,但σs 并没有增加.(2)磁滞回线图5 450℃焙烧后的样品退火磁滞曲线可看出粉末样磁滞回线为蜂腰形,认定软磁相Fe 2O 3和永磁相NdFe O 3是简单的混合和叠加.而在同样条件下,压成薄片的样品,是一个光滑的磁滞回线,可以认为软磁相Fe 2O 3和永磁相NdFe O 3发生磁性交换耦合.晶粒交换耦合相互作用是两个相邻晶粒直接接触时,界面不同取向的磁矩产生的交换耦合作用,阻止其磁矩沿着各自的易磁化方向,使界面处的磁矩取向从一个晶粒的易磁化方向连续地改变为另一个晶粒的易磁化方向,使混乱取向的晶粒磁矩处于平行排列,磁矩沿外磁场方向的分量增加,产生剩磁增加效应[8,9].由于压成薄片样品的软、硬磁相晶粒靠得更近,从而导致磁矩取向从一个NdFe O 3晶粒的易磁化方向通过纳米颗粒Fe 2O 3连续改变为另1个NdFeO 3晶粒的易磁化方向.在图5的第二象限的退磁曲线可看出,压成薄片的样品,是一凸出光滑曲线.但交换耦合作用削弱了每个晶粒的各向异性,使晶粒界面处的有效各向异性 第4期赵宏滨等:纳米晶复合稀土永磁材料制备及交换耦合作用85减小,因此减小Hcj.从表2可看出,800℃焙烧的薄片样品的H cj比粉末样品降低近400oe,但最大磁能积(B H)MAX却比粉末样品高0.35(约23%)MGoe.3 结 论本文利用双络合剂溶胶-凝胶法制备两相复合纳米晶NdFe O3/Fe2O3永磁材料,使得两相粒子Nd2 FeO3/Fe2O3在分子水平上分散,焙烧的温度为450℃.经XRD谢乐公式计算,单独相Fe2O3晶粒尺寸14nm,NdFe O3相晶粒尺寸21nm.并通过前驱体压片焙烧的特殊处理方法,使得两相粒子间距离缩短,相晶界处产生交换耦合作用,进而产生不同于平常的磁性能,薄片样品的比饱和磁化强度δS为7519e mu/g,内禀矫顽力Hc,j 为6400oe,最大磁能积(B H)max为1.87MGoe.参考文献:[1]计齐根,都有为.磁场热处理对复合纳米材料磁性和微磁结构的影响[J].材料科学与工艺,2000,8(4):22225.[2]LE I N E W E BER T,omagnetic exa m inati on of exchange coup led ferr 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