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纳米磁性材料及应用

时间: 2011-07-09 06:08 来源: 作者: 南京大学 都有为 点击:
磁性是物质的基本属性,磁性材料是古老而用途十分广泛的功能材料,磁性材料是20世纪70年代后逐步产生、发展、壮大而成为最富有生命力与宽广应用前景的新型磁性材料。美国政府今年大幅度追加纳米科技研究经费,其原因之一是磁电于器件巨大的市场与高科技所带来的高利润,其中巨磁电阻效应高密度读出磁头的市场估计为10亿美元,目前己进入大规模的工业生产,磁随机存储器的市场估计为1千亿美无,预计不久将投入生产,磁电子传感器件的应用市场亦十分宽广。

纳米磁性材料及应用大致上可分三大类型:

1.纳米颗粒型
* 磁记录介质 * 磁性液体 * 磁性药物 * 吸波材料

2.纳米微晶型
* 纳米微晶永磁材料 * 纳米微晶软磁材料

3.纳米结构型
* 人工纳米结构材料
薄膜,颗粒膜,多层膜,隧道结
* 天然纳米结构材料
钙钛矿型化合物

纳米磁性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。

磁性材料与信息化、自动化、机电一体化、国防,国民经济的方方面面紧密相关,磁记录材料至今仍是信息工业的主体,磁记录工业的产值约1千亿美元,为了提高磁记录密度,磁记录介质中的磁性颗粒尺寸已由微米,亚微米向纳米尺度过度,例如合金磁粉的尺寸约80nm,钡铁氧体磁粉的尺寸约40nm,进一步发展的方向是所谓"量子磁盘",利用磁纳米线的存储特性,记录密度预计可达400Gb/in2,相当于每平方英寸可存储 20万部红楼梦,由超顺磁性所决定的极限磁记录密度理论值约为6000Gb/in2。近年来,磁盘记录密度突飞猛进,现己超过10Gb/in2,其中最主要的原因是应用了巨磁电阻效应读出磁头,而巨磁电阻效应是基于电子在磁性纳米结构中与自旋相关的输运特性。

磁性液体最先用于宇航工业,后应用于民用工业,这是十分典型的纳米颗粒的应用,它是由超顺磁性的纳米微粒包覆了表面活性剂,然后弥散在基液中而构成。目前美、英、日、俄等国都有磁性液体公司,磁性液体广泛地应用于旋转密封,如磁盘驱动器的防尘密封、高真空旋转密封等,以及扬声器、阻尼器件、磁印刷等应用。

磁性纳米颗粒作为靶向药物,细胞分离等医疗应用也是当前生物医学的一热门研究课题,有的已步入临床试验。

1967年SmCO5。第一代稀土永磁材料问世,树立了永磁材料发展史上新的里程碑,1972年第二代Sm2CO17;;稀土永磁材料研制成功,1983年高性能。低成本的第三代稀土永磁材料 NdFeB诞生,奠定了稀土永磁材料在永磁材料中的霸主地位。1993年日本稀土永磁的产值首次超过永磁铁氧体,预计2000年全球烧结NdFeB的产值将达到30亿美元,并超过永磁铁氧体。烧结NdFeB的磁性能为永磁铁氧体的12倍,因此,在相似的情况下,体积、重量均将大为减小,从而可实现高效、低能的目的。纳米复合双柏稀土永磁材料适用于制备微型、异型电机,是稀土永磁材料研究与应用中的重要方向。

软磁材料的发展经历了晶态、非晶态、纳米微晶态的历程。纳米做晶金属软磁材料具有十分优异的性能,高磁导率,低损耗、高饱和磁化强度,己应用于开关电源、变压器。传感器等,可实现器件小型化、轻型化、高频化以及多功能化,近年来发展十分迅速。

磁电子纳米结构器件是20世纪末最具有影响力的重大成果。除巨磁电阻效应读出磁头、MRAM、磁传感器外,全金属晶体管等新型器件的研究正方兴未艾。磁电子学已成为一门颇受青睐的新学科。(end)

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