第一章节_纳米材料的结构与性质幻灯片.ppt

三、纳米微粒的分散与凝聚 1、分散 2、微粒的团聚 四、流变学 1、典型胶体分散系的粘度 2、磁液的粘度 3、双电层对粘性的影响 当温度下降到某一特征温度时，某些纳米晶顺磁体转变为反铁磁体。这时磁化率?随温度降低而减小，且几乎与外加磁场强度无关。 例如，粒径为10nm的FeF2纳米晶在78~66K范围从顺磁到反铁磁体的转变等。 与晶界原子近邻配位数、原子间距和近邻原子种类有关。 (7) 顺磁到反铁磁的转变 (8)巨磁电阻效应 所谓巨磁阻效应，是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。 巨磁阻是一种量子力学效应，它产生于层状的磁性薄膜结构。这种结构是由铁磁材料和非铁磁材料薄层交替叠合而成。上下两层为铁磁材料，中间夹层是非铁磁材料。当铁磁层的磁矩相互平行时，载流子与自旋有关的散射最小，材料有最小的电阻。当铁磁层的磁矩为反平行时，与自旋有关的散射最强，材料的电阻最大。铁磁材料磁矩的方向是由加到材料的外磁场控制的，因而较小的磁场也可以得到较大电阻变化的材料。  1988年，德国格林贝格尔利用纳米技术，对“Fe/Cr/Fe三层膜”结构系统进行实验研究。他们发现：当调节铬(Cr)层厚度为某一数值时，在一定的磁场和室温条件下，可观察到材料电阻值的变化幅度达4.1％；在后来的实验中，他们再通过降低温度，观察到材料电阻值的变化幅度达10％。 1988年法国巴黎大学Fert教授等独立地设计了一种铁、铬相间的“Fe/Cr多层膜”。他们在温度为4.2K、2T磁场的条件下，观察到材料电阻值下降达50％，比一般的磁电阻效应大一个数级，且为负值，各向同性。 特别指出的是，巨磁电阻是在纳米材料体系中发现的，这种反铁磁性的Cr膜与铁磁性的Fe膜构成的多层膜是在GaAs(001)基片上外延生长得到的金属超晶格结构，各层膜的厚度为纳米级的。 1992年Berkowtz与xiao等人分别发现纳米Co粒子嵌在Cu膜中的颗粒膜存在巨磁电阻效应，以后掀起了研究纳米颗粒膜巨磁电阻效应的热潮，在Co-Ag，Fe-Ag等颗粒膜中也陆续发现了巨磁电阻现象。 为了避免室温下纳米磁性粒子出现超顺磁性，铁磁粒子的直径最好控制在几纳米到l0nm左右。Co—Ag，Fe—Ag，Fe—Cu等颗粒膜的巨磁电阻效应与含Fe，Co铁磁粒子体积百分数之间的关系。见图? 可以看出，在一定的体积百分数下巨磁电阻出现极大值。 巨磁电阻效应的应用 1994年，IBM公司研制成功了巨磁阻效应的读出磁头，将磁盘记录密度提高了17倍。1995年，宣布制成每平方英寸3Gb硬盘面密度所用的读出头，创下了世界记录。硬盘的容量从4ＧB提升到了600ＧB或更高。 1997年，全球首个基于巨磁阻效应的读出磁头问世。正是借助了巨磁阻效应，人们才能够制造出如此灵敏的磁头，能够清晰读出较弱的磁信号，并且转换成清晰的电流变化。新式磁头的出现引发了硬盘的“大容量、小型化”革命。如今，笔记本电脑、音乐播放器等各类数码电子产品中所装备的硬盘，基本上都应用了巨磁阻效应，这一技术已然成为新的标准。 目前，已经把存储密度提高到560亿位/平方英寸，该类型磁头已占领磁头市场的90%～95%。随着低电阻高信号的获得，存储密度达到了1000亿位/平方英寸。  2007年9月13日，全球最大的硬盘厂商希捷科技（Seagate Technology）在北京宣布，其旗下采用的第四代DB35系列硬盘，现已达到1TB（1000GB）容量 。 纳米材料的磁学特性起源于多种效应。 例如，磁有序态向磁无序态的转变（超顺磁性）源于小尺寸效应（各向异性能）； 高矫顽力也源于小尺寸效应（单畴临界尺寸）； 而量子尺寸效应则是纳米材料磁化率增大的主要原因； 铁磁质居里温度降低则来源于界面效应。 四、纳米材料的力学性能 1、硬度 2、断裂强度 4、超塑性 3、塑性和韧性 对于纳米材料,硬度规律有如下三种情况: 符合正的Hall-Petch关系式(K为正常数). 符合负的Hall-Petch关系式(K为负常数). 符合正反混合的Hall-Petch关系式. 1、硬度 常规多晶材料的硬度H与晶粒尺寸符合Hall-Petch关系式. 式中:H。为强度常数;K为正常数;H为材料的硬度;d为晶粒尺寸。 2、断裂强度 3、塑性和韧性 4 超塑性 五、纳米材料的光学性能 1、 宽频带吸收 2、 蓝移现象 3、 纳米微粒的发光 4、 纳米微粒分散物系的光学性质 1、 宽频带吸收 2、 蓝移现象 3、 纳米微粒的发光 4、 纳米微粒分散物系的光学性质 ——丁达尔效应 第四节 纳米微粒 的化学特性 一.表面活性 和敏感特性 二.吸附性能 三.纳米粒子的 分散和凝聚 四.流变性 一、表面活性和敏感特性 纳米微粒由于