纳米磁性材料.ppt

纳米磁性材料;;一、纳米磁性材料的起源;3. 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。1988年，由非晶态FeSiB退火通过掺杂Cu和Nb控制晶粒，获得了新型的纳米晶软磁材料； 4. 1988年，人们发现了磁性多层膜的巨磁电阻效应，并由此产生一门新兴学科：自旋电子学。 5. 1993年，人们通过理论研究发现，纳米级的软磁和硬磁颗粒复合将综合软磁Ms高，硬磁Hc高的优点获得磁能积比现有最好NdFeB高一倍的新型纳米硬磁材料。 6. 进人21世纪以来，利用模板生长一维磁性纳米丝的研究很活跃，材料包括单一金属、合金、化合物、多层材料、复合材料等，应用目标也从存储介质到细胞分离，多种多样。 ;7.自然界中也存在纳米磁性粒子： 许多生物体内有天然的纳米磁性粒子，如磁性细菌、鸽子、海豚、石鳖、蜜蜂、人的大脑等。 石鳖齿舌中含有大量一维纳米磁性丝。这些一维纳米丝由许多磁性柱构成，柱内是单畴粒子的集合。 生物矿化的牙齿内部有机纤维组织网络成为纳米丝天然生长模板。;二、纳米磁性材料的定义;三、纳米磁性材料的基本特征;1.磁畴（Magnetic Domain）;磁单畴 在纳米尺度下，磁性材料将形成单畴结构。单畴颗粒内不存在畴壁，不会有畴壁位移磁化过程，只有磁畴转动磁化过程，因此磁化和退磁都较困难。;漩涡状畴壁; 铁磁性颗粒小于临界尺寸时具有单畴结构，热运动对粒子影响很大，在一定温度下，粒子的行为类似于顺磁性，但在外磁场的作用下其顺磁性磁化率比一般顺磁材料的大好几十倍，这个现象称为超顺磁性。 超顺磁性的特征是矫顽力为零，其磁化曲线无磁滞现象。;根据传统的铁磁性理论，矫顽力与晶粒尺寸成反比，因此以往追求的材料的显微结构是结晶均匀，晶粒尺寸尽可能大。纳米晶软磁材料出现以后，软磁材料的研制又进入另一个极端，要求晶粒尺寸尽可能小，直至纳米量级。;（1）软磁材料的定义： 软磁性材料主要是指那些容易反复磁化，且在外磁场去掉后，容易退磁的材料。 （2）软磁材料的特点： 高的初始磁导率和最大磁导率 低的矫顽力 高的饱和磁化强度和低的剩余磁感应强度 （3）软磁材料的用途： 主要用于制造发电机和电动机的定子和转子；变压器、继电器的铁芯等。软磁材料制造的设备与器件大多数是在交变磁场条件下工作，要求其体积小、灵敏度高、稳定性好。; 1998年日本首先在FeSiB合金中加入Cu、Nb成分，制成的纳米微晶磁性材料，其典型成分为Fe73.5Cu1NbSi13.5B9(商品牌号为Finenet)，它具有铁基非晶材料的高饱和磁感应强度以及Co基非晶材料的高磁导率、低损耗，而价格约为Co基非晶材料的1/4-1/5。;一般采用非晶晶化法制备纳米微晶软磁材料。;（1）永磁材料的定义： 永磁材料是指那些难以磁化，且除去外磁场以后，仍能保留高的剩余磁化强度的材料。又称为硬磁性材料。 （2）永磁材料的特点： 高的剩余磁感应强度和高的剩余磁化强度 高的矫顽力 高的最大磁能积 （3）永磁材料的用途： 开路永磁体在两磁极附近的空间产生足够强的磁场，利用磁极间的相互作用和气隙中的磁场可以实现机械能或声能与电磁能之间的相互转换，并制成多样的功能器件。永磁材料已经在通讯、家用电器等领域得到广泛的应用。;（4）纳米微晶永磁材料 纳米微晶永磁材料具有较好的热稳定性、耐腐蚀性，适用于微电机等小型异型、尺寸精度要求高的永磁器件。近年来研究工作的新方向是纳米复相稀土永磁材料的研制。 通常软磁材料的饱和磁化强度较高，永磁材料的矫顽力较高，如将软磁相与永磁相在纳米尺度内进行复合，通过交换耦合作用，就有可能获得兼具二者优点的复合永磁材料。 ;（1）磁记录材料的定义 用于记录、存储、和再生信息的磁性材料。 （2）磁记录材料的发展趋势 磁记录发展的总趋势是大容量、高密度、高速度、低价格。 （3）磁记录材料的发展方向 近年来各种信息量飞速增加，需要记录的信息量也不断 增加，要求记录材料高性能化，特别是记录高密度化。高记录 密度的记录材料与超微粒有密切关系。;（4）磁性纳米粒子由于尺寸小，具有单磁畴结构，矫顽力很高，用它制作磁记录材料，能使记录密度大大提高，可比普通的磁性材料提高10倍以上；还可以提高声噪比，改善图象质量。 20世纪80年代，高密度磁记录用的磁粉的尺寸就已进入到纳米尺寸，例如： 性能优良的CrO2磁粉尺寸给为200nm×3