纳米磁性材料及其制备技术研究进展评述

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1、纳米磁性材料及其制备技术研究进展评述纳米永磁材料及其制备技术研究进展评述前言国内外研究进展及评述结论参考文献前言磁性是物质的基本属性之一。早在公元前四世纪,人们就发现了天然的磁石(磁铁矿Fe3O4),我国古代人民最早用磁石和钢针制成了指南针,并将它用于军事和航海。磁性材料一直是国民经济、国防工业的重要支柱和基础,广泛应用于电信、自动控制、通讯、家用电器等领域。而现代社会信息化发展的总趋势是向小、轻、薄以及多功能方向发展,因而要求磁性材料向高性能、新功能方向发展。由于社会的发展和科学的进步,磁性纳米材料的研究和应用领域有了

2、很大的扩展。人们有意识地制备纳米磁性微粒,可以追溯到20世纪60年代,然而大自然却早已存在多种形式的纳米磁性微粒:千里迢迢能安全归航的鸽子、具有记忆功能的蜜蜂、蝴蝶、高智商的海豚等均含有引导方向的纳米磁性微粒所构成的磁罗盘。至于磁性微粒与生物体神经网络的联系,至今还是神秘的谜[1]。纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料，包括纳米粉体（零维纳米材料，又称纳米粉末、纳米微粒、纳米颗粒、纳米粒子等）、纳米纤维（一维纳米材料）、纳米薄膜（二维纳米材料）、纳米块体（三维纳米材料）、纳米复

3、合材料和纳米结构等。纳米磁性材料大致可分为3大类：一是纳米颗粒，二是纳米微晶，三是纳米结构材料。纳米磁性材料是20世纪80年代出现的一种新型磁性材料。当颗粒尺寸为纳米级时,由于纳米颗粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等,其多种电磁特性或物理特性即发生变化,例如,光吸收显著增加,并产生吸收峰的等离共振频移;磁有序态向磁无序态、超导向正常相的转变;声子谱发生改变。研究发现,当纳米级强磁性颗粒(Fe2Co合金,氧化铁等)尺寸为单磁畴临界尺寸时,具有甚高的矫顽力,可制成磁性信用卡、磁性钥匙、磁性车票等,还可

4、以制成磁性液体,广泛地用于电声器件、阻尼器件、旋转密封、润滑、选矿等领域。铁磁性的物质进入纳米级(～5nm)时,由于由多畴变成单畴,显示出极强的顺磁效应。研究表明颗粒为6nm的纳米铁晶体的断裂强度较之多晶铁提高12倍;纳米磁性金属的磁化率是普通金属的20倍,而饱和磁矩是普通金属的1?2。软磁性能达到高磁导率、高磁感应强度和低矫顽力,而硬磁性能则达到最大磁能积、剩磁、矫顽力三者并高,其中最大磁能积更是翻了数倍。纳米磁器、磁头等领域有广泛应用前景。因此研究和开发新型纳米磁性材料已引起了世界各国的广泛兴趣。国内外研究进展及评述

5、纳米磁性材料的制备主要分为磁流体的制备、纳米磁性微粒的制备、纳米磁性微晶的制备以及纳米磁性复合材料的制备。1磁流体的制备方法磁性流体，简称磁流体，是指吸附有表面活性剂的磁性微粒在基液中高度弥散分布而形成的稳定胶体体系。它由三部分组成:磁性粒子、基液和表面活性剂[2]。其中铁磁性颗粒一般选取Fe3O4、铁、钴、镍等磁性好的超细颗粒。正是由于铁磁性颗粒分散在载液中,因而磁流体呈现磁性。最常用的稳定剂有油酸、丁二酸、氟醚酸,能够防止磁性颗粒相互聚集,即使在重力、电、磁等力作用下磁流体亦能长期稳定存在,不产生沉淀。载液种类很多,

6、可以是水、煤油和汞等[3]。磁性流体既有流体的流动性又有固体磁性材料的磁性，由于交叉特性，所以这种磁流体材料应满足高的饱和磁化强度的性能，在使用温度下长期稳定，在重力和电磁力作用下不沉淀，有好的流动性［4］。近年来，国外对磁流体及其应用的研究开发仍在深入，各种新型的磁流体也层出不穷。在日本，通过一定的方法把磁流体与染料溶液混合研制成彩色的磁流体，其颜色有红、黄、蓝等［5］。磁流体有着多方面的应用，如用作润滑剂。进行大型设备和高精度高转速转动轴的轴承润滑、计算机硬盘驱动器轴、机器人和精密仪器关节的润滑等，大大提高了设备和部

7、件的使用寿命［6］。此外，磁流体还可以应用于仪器仪表中的阻尼器、无声快速的磁印刷、医疗中的造影剂等等。磁流体的制备方法有物理法和化学法。物理法又可分为研磨法、超声波法、机械合成法、等离子ＣＶＤ法等；化学法又可分为气相沉积法、水热合成法、溶胶凝胶法、热分解法及化学沉降法等。各种方法各具优缺点，根据不同的需求选择不同的制备方法。1.1物理法研磨法一般是在表面活性剂存在下，研磨几周制得。姜继森等［7］将粉碎的磁性微粒Ｆｅ３Ｏ４和表面活性剂添加到载液中，在球磨机中经过１０００ｈ左右球磨，再在高速离心机中处理几十分钟才得到。该法工

8、艺简单，但周期长、材料利用率低，球磨罐及球的磨损严重、杂质较多、成本昂贵，还不能得到高浓度的磁流体，因而实用性差。超声波法可以制得粒径分布均匀的磁流体。蒸发冷凝法是在旋转的真空滚筒的底部放入含有表面活性剂的基液，随着滚筒的旋转，在其内表面上形成液体膜。金属颗粒在表面活性剂的作用下分散于基液中，制得稳定的金属磁性液体。