納米磁性材料及應用

納米磁性材料及應用

磁性是物質的基本屬性，磁性材料是古老而用途十分廣泛的功能材料，納米磁性材料是20世紀70年代后逐步產生、發(fā)展、壯大而成為最富有生命力與寬廣應用前景的新型磁性材料。美國政府今年大幅度追加納米科技研究經費，其原因之一是磁電于器件巨大的市場與高科技所帶來的高利潤，其中巨磁電阻效應高密度讀出磁頭的市場估計為10億美元，目前己進入大規(guī)模的工業(yè)生產，磁隨機存儲器的市場估計為1千億美無，預計不久將投入生產，磁電子傳感器件的應用市場亦十分寬廣。

納米磁性材料及應用大致上可分三大類型：

1．納米顆粒型

* 磁記錄介質 * 磁性液體 * 磁性藥物 * 吸波材料

2．納米微晶型

* 納米微晶永磁材料 * 納米微晶軟磁材料

3．納米結構型

* 人工納米結構材料

薄膜，顆粒膜，多層膜，隧道結

* 天然納米結構材料

鈣鈦礦型化合物

納米磁性材料的特性不同于常規(guī)的磁性材料，其原因是關聯(lián)于與磁相關的特征物理長度恰好處于納米量級，例如：磁單疇尺寸，超順磁性臨界尺寸，交換作用長度，以及電子平均自由路程等大致處于1-100nm量級，當磁性體的尺寸與這些特征物理長度相當時，就會呈現反常的磁學性質。

磁性材料與信息化、自動化、機電一體化、國防，國民經濟的方方面面緊密相關，磁記錄材料至今仍是信息工業(yè)的主體，磁記錄工業(yè)的產值約1千億美元，為了提高磁記錄密度，磁記錄介質中的磁性顆粒尺寸已由微米，亞微米向納米尺度過度，例如合金磁粉的尺寸約80nm，鋇鐵氧體磁粉的尺寸約40nm，進一步發(fā)展的方向是所謂"量子磁盤"，利用磁納米線的存儲特性，記錄密度預計可達400Gb／in2，相當于每平方英寸可存儲 20萬部紅樓夢，由超順磁性所決定的極限磁記錄密度理論值約為6000Gb／in2。近年來，磁盤記錄密度突飛猛進，現己超過10Gb／in2，其中最主要的原因是應用了巨磁電阻效應讀出磁頭，而巨磁電阻效應是基于電子在磁性納米結構中與自旋相關的輸運特性。

磁性液體最先用于宇航工業(yè)，后應用于民用工業(yè)，這是十分典型的納米顆粒的應用，它是由超順磁性的納米微粒包覆了表面活性劑，然后彌散在基液中而構成。目前美、英、日、俄等國都有磁性液體公司，磁性液體廣泛地應用于旋轉密封，如磁盤驅動器的防塵密封、高真空旋轉密封等，以及揚聲器、阻尼器件、磁印刷等應用。

磁性納米顆粒作為靶向藥物，細胞分離等醫(yī)療應用也是當前生物醫(yī)學的一熱門研究課題，有的已步入臨床試驗。

1967年SmCO5。第一代稀土永磁材料問世，樹立了永磁材料發(fā)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誕生，奠定了稀土永磁材料在永磁材料中的霸主地位。1993年日本稀土永磁的產值首次超過永磁鐵氧體，預計2000年全球燒結NdFeB的產值將達到30億美元，并超過永磁鐵氧體。燒結NdFeB的磁性能為永磁鐵氧體的12倍，因此，在相似的情況下，體積、重量均將大為減小，從而可實現高效、低能的目的。納米復合雙柏稀土永磁材料適用于制備微型、異型電機，是稀土永磁材料研究與應用中的重要方向。

軟磁材料的發(fā)展經歷了晶態(tài)、非晶態(tài)、納米微晶態(tài)的歷程。納米做晶金屬軟磁材料具有十分優(yōu)異的性能，高磁導率，低損耗、高飽和磁化強度，己應用于開關電源、變壓器。傳感器等，可實現器件小型化、輕型化、高頻化以及多功能化，近年來發(fā)展十分迅速。

磁電子納米結構器件是20世紀末最具有影響力的重大成果。除巨磁電阻效應讀出磁頭、MRAM、磁傳感器外，全金屬晶體管等新型器件的研究正方興未艾。磁電子學已成為一門頗受青睞的新學科。