铁系纳米材料的制备与磁特性分析

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1、上海大学硕士学位论文铁系纳米材科的制各及磁特性研究第一章文献综述1．1纳米材料概述纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围(1～100啪)或由它们作为基本单元构成的材料。基本单元包括零维的纳米粒子、一维的纳米线／棒及二维的纳米薄膜。纳米结构由于它具有纳米微粒的特性，如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特点，又存在由纳米结构组合引起的新的效应，如量子耦合效应和协同效应等，从而表现出独特的电子学、光学和催化性质，使它们成为表面纳米工程和构建功能化纳米结构的理想材料【卜31。1．1．1纳米电子学、光电子学和磁学纳米粒子的宏观隧道效应确立了微电子器件微型化的极限。

2、纳米电子学、光电子学及磁学微电子器件的极限线宽，以硅集成电路而言，普遍认为是45rim左右。目前国际上最窄线宽已为90rim，在十年以内将达到极限。如果将硅器件做的更小，电子会隧穿通过绝缘层，造成电路短路。2001年7月，荷兰研究人员制造出在室温下能有效工作的单电子纳米碳管晶体管。这种晶体管以纳米碳管为基础，依靠一个电子来决定“开”和“关”状态，由于它低耗能的特点，将成为分子计算机的理想材料【41。1．1．2纳米医学和生物学从蛋白质、DNA、RNA到病毒，都在1-100nm的尺度范围，从而纳米结构也是生命现象中基本的东西。细胞中的细胞器和其它的结构单元都是执行某种功能的“纳米机械”，细

3、胞就象一个个“纳米车间”，植物中的光合作用等都是“纳米工厂”的典型例子。遗传基因序列的自组装排列做到了原子级的结构精确，神经系统的信息传递和反馈等都是纳米科技的完美典范。生物合成和生物过程已成为启发和制造新的纳米结构的源泉，研究人员正效法生物特性来实现技术上的纳米级控制和操纵。上海大学硕士学位论文铁系纳米材料的制备及磁特性研究正在研制的生物芯片包括细胞芯片、蛋白质芯片(生物分子芯片)和基因芯片(即DNA芯片)等，都具有集成、并行和快速检测的优点，已成为纳米生物工程的前沿科技。将直接应用于临床诊断，药物开发和人类遗传诊断。植入人体后可使人们随时随地都可享受医疗，而且可在动态检测中发现疾病

4、的先兆信息，使早期诊断和预防成为可能。1．1．3纳米陶瓷的补强增韧先进陶瓷材料在高温、强腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代的作用，然而，脆性是陶瓷材料难以克服的弱点。纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径之一【5】o纳米陶瓷具有类似于金属的超塑性是纳米材料研究中令人注目的焦点。例如，纳米氟化钙和纳米氧化钛陶瓷在室温下即可发生塑性形变，180℃时，塑性形变可达100％。存在预制裂纹的试样在180℃下弯曲时，也不发生裂纹扩展f6】。九十年代初，日本的新原皓一(Niihara)报道用纳米SiC颗粒复合氧化铝材料的强度可达到1GPa以上【71，而常规的氧化铝基陶瓷强度只有350-600MPa。德

5、国马普冶金材料研究所的科研人员将聚甲基硅氮烷在高温下裂解后，制得的甜Si3N4微米晶与d．SiC纳米晶复合陶瓷材料，它具有良好的高温抗氧化性能，可在1600"C的高温使用(氮化硅材料的最高使用温度一般为1200-1300"C)【8】。1．2纳米磁性材料作为纳米材料科学的一个分支，纳米磁性材料是20世纪80年代出现的一种新型磁性材料。研究发现，当纳米级强磁性颗粒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。纳米磁粉在磁记录等领域应用潜力很大，而块体纳米磁性材料在微控制器、电机

6、、变压器、磁头等领域有广泛应用前景。纳米磁性材料的发现使材料磁性能发生了质的飞跃。同时，纳米材料在医药和生物领域的应用也得到了越来越多的2上海大学硕士学位论文铁系纳米材料的制各及磁特性研究重视。例如，可以进入人体细胞的分子马达的研制受到了科学界的高度关注，该设备包括两个金属推进器和一个金属杆，由生物分子组件将人体的腺苷三磷酸转化为机械能量，驱使金属推进器运转。这种纳米机电设备仍处于研制初期，但将来有望能应用在人体细胞内发放药物等医疗任务上。根据物质的磁性，磁性纳米材料大致可分为：永磁(硬磁)纳米材料、软磁纳米材料、旋磁纳米材料、矩磁纳米材料等。1。根据应用的角度，磁性纳米材料可分为：纳

7、米微晶软磁材料、纳米微晶永磁材料、纳米磁记录材料、磁性液体、巨磁电阻材料等。下面简单介绍一下几种重要的磁性材料。1．2．1永磁纳米材料对于永磁材料，要求磁性强，保持磁性的能力也强，而且磁性要稳定，不受或不易受外界环境条件的影响。纳米级的永磁材料其磁性能更优越，其永磁性能可以随合金的组元、含量和制造工艺等不同而有显著的变化。目前研究较多的主要是Nd．Fe．-B系、Fe．Cr-Co系和Fe．Co．V系。这些合金加少量其他元素如Ti、Cu、Co、W等