纳米粒子的特性.ppt

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1、1．热学性质与粗晶材料相比，纳米材料比热较大。纳米材料的热膨胀数，近乎是单晶的2倍第四节纳米粒子的特性．纳米微粒的熔点、开始烧结温度和晶化温度均比常规粉体低得多。例如，平均粒径为40nm的纳米铜粒子的熔点由l053℃降到750℃，降低了300℃左右；块状的金的熔点l064℃，当颗粒尺度减到10nm时，则降低为1037℃，降低了27℃，2nm时变为327℃；大块Pb的熔点为600K，而20nm球形Pb微粒熔点降低为288K；纳米Ag微粒在低于373K时开始熔化，常规Ag的熔点为1173K左右。这一特

2、点使低温下将纳米金属烧结成合金产品成为现实，且为不溶解的金属冶炼成合金创造了条件。纳米金属铜的超延展性纳米ZrO2的烧结温度比微米级ZrO2的烧结温度降低了400℃(1).超顺磁性起源：在小尺寸下，当各向异性能减少到与热运动能可想比拟时，磁化方向就不再固定在一个易磁化方向，易磁化方向作无规律的变化，结果导致超顺磁性的出现。(2).矫顽力纳米粒子尺寸高于超顺磁临界尺寸时通常呈现高的矫顽力每个粒子是一个单磁畴.2．磁学姓质(3).居里温度（铁磁体与顺磁体的转变温度）居里温度Tc与交换积分J成正比，并与

3、原子构形和间距有关纳米粒子的Tc比固体相应的低。纳米粒子中原子间距随着颗粒尺寸减少而减小。原子间距小将会导致J的减小，因而Tc下降。5nmNi:点阵参数缩小2.4%(4).磁化率纳米粒子的磁性与它所含的总电子数的奇偶性密切相关。量子尺寸效应使磁化率遵从d-3规律(d平均颗粒直径)电子数为偶数的磁化率服从：磁化率遵从d2规律电子数为奇数的磁化率服从：在纳米材料中，当粒径小于某一临界值时，每个晶粒都呈现单磁畴结构，其磁化过程完全由旋转磁化进行,即使不磁化也是永久性磁体。矫顽力显著增长。粗晶状态下为铁磁

4、性的材料，当粒径小于某一临界值时可以转变为超顺磁状态。鸽子、蝴蝶、蜜蜂等生物体中存在超微磁性颗粒，小尺寸超微粒子的磁性比大块材料强许多倍，20nm的纯铁粒子的矫顽力是大块铁的l000倍纳米多层中的巨磁电阻效应1986年德国科学家Grunberg小组有一重要的发现，就是在Fe/Cr/Fe三层膜中观察到两个铁层之间通过铬层产生耦合。1988年法国科学家Fert小组在[Fe/Cr]周期性多层膜中，观察到当施加外磁场时，其电阻下降，变化率高达50％。因此称之为巨磁电阻效应(giantmagnetoresi

5、stance,GMR)。1995年，人们以绝缘层Al2O3代替导体Cr，观察到很大的隧道磁电阻(TMR)现象。基于GMR和TMR的发现，一个新的学科分支——磁电子学的概念被提出了。从那时起，科技人员一直坚持不懈地努力，将上述创新性发现转化为信息技术(IT)产业化。1999年以GMR多层膜为磁头的硬盘驱动器(HDD)进入市场，其存储密度达到11Gbits/in2，而1990年仅为0.1Gbits/in2，10年中提高了100倍。目前GMR的研究开发工作正方兴未艾，而将上述隧道磁电阻(TMR)多层膜应

6、用于新型随机存储器(MRAM)的研究又已经展开。在Fe/Cr/Fe系统中，相邻铁层间存在着耦合，它随铬层厚度的增加而呈正负交替的振荡衰减形式。使得相邻铁层磁矩从彼此反平行取向到平行取向交替变化。外磁场也可使多层膜中铁磁层的反平行磁化状态发生变化。当通以电流时，这种磁化状态的变化就以电阻变化的形式反映出来。这就是GMR现象的物理机制。以Cr中电子为中介的铁层间的耦合，随着Cr层厚度增加而振荡衰减。其平均作用范围为1~3nm，这是对Cr层厚度的一个限制。在金属中，特别是在磁性金属中，电子平均自由程(1

7、0~20nm)和自旋扩散长度(30~60nm)很短。这是对多层膜各个亚层厚度的又一限制。基于上述原因，可以说GMR和TMR现象的研究完全取决于纳米材料科学的进步。任何创新或转化都以此为基础。但是，纳米尺度是如此之微小，这给多层膜的制备和微结构表征带来了挑战。纳米磁性材料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，纳米磁性材料是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

8、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1千亿美元。磁电子传感器件的应用市场亦十分宽广纳米磁极6极4极8极纳米粒子粒径小于临界半径(一般为5～10ｎｍ)时变得有超顺磁性,如把此强磁性纳米粒子包裹一层表面活性剂后均匀地分散到溶液中,可制得一类新型液态胶状磁流体材料--磁性液体。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