納米磁性材料及應(yīng)用

納米磁性材料及應(yīng)用

磁性是物質(zhì)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(jì)70年代后逐步產(chǎn)生、發(fā)展、壯大而成為最富有生命力與寬廣應(yīng)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(jīng)費(fèi)，其原因之一是磁電于器件巨大的市場(chǎng)與高科技所帶來的高利潤，其中巨磁電阻效應(yīng)高密度讀出磁頭的市場(chǎng)估計(jì)為10億美元，目前己進(jìn)入大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，磁隨機(jī)存儲(chǔ)器的市場(chǎng)估計(jì)為1千億美無，預(yù)計(jì)不久將投入生產(chǎn)，磁電子傳感器件的應(yīng)用市場(chǎng)亦十分寬廣。

納米磁性材料及應(yīng)用大致上可分三大類型：

1．納米顆粒型

* 磁記錄介質(zhì) * 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(jié)構(gòu)型

* 人工納米結(jié)構(gòu)材料

薄膜，顆粒膜，多層膜，隧道結(jié)

* 天然納米結(jié)構(gòu)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(guān)聯(lián)于與磁相關(guān)的特征物理長度恰好處于納米量級(jí)，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(jí)，當(dāng)磁性體的尺寸與這些特征物理長度相當(dāng)時(shí)，就會(huì)呈現(xiàn)反常的磁學(xué)性質(zhì)。

磁性材料與信息化、自動(dòng)化、機(jī)電一體化、國防，國民經(jīng)濟(jì)的方方面面緊密相關(guān)，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(chǎn)值約1千億美元，為了提高磁記錄密度，磁記錄介質(zhì)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(jìn)一步發(fā)展的方向是所謂"量子磁盤"，利用磁納米線的存儲(chǔ)特性，記錄密度預(yù)計(jì)可達(dá)400Gb／in2，相當(dāng)于每平方英寸可存儲(chǔ) 20萬部紅樓夢(mèng)，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(jìn)，現(xiàn)己超過10Gb／in2，其中最主要的原因是應(yīng)用了巨磁電阻效應(yīng)讀出磁頭，而巨磁電阻效應(yīng)是基于電子在磁性納米結(jié)構(gòu)中與自旋相關(guān)的輸運(yùn)特性。

磁性液體最先用于宇航工業(yè)，后應(yīng)用于民用工業(yè)，這是十分典型的納米顆粒的應(yīng)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(gòu)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(yīng)用于旋轉(zhuǎn)密封，如磁盤驅(qū)動(dòng)器的防塵密封、高真空旋轉(zhuǎn)密封等，以及揚(yáng)聲器、阻尼器件、磁印刷等應(yīng)用。

磁性納米顆粒作為靶向藥物，細(xì)胞分離等醫(yī)療應(yīng)用也是當(dāng)前生物醫(yī)學(xué)的一熱門研究課題，有的已步入臨床試驗(yàn)。

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(chǎn)值首次超過永磁鐵氧體，預(yù)計(jì)2000年全球燒結(jié)NdFeB的產(chǎn)值將達(dá)到30億美元，并超過永磁鐵氧體。燒結(jié)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(shí)現(xiàn)高效、低能的目的。納米復(fù)合雙柏稀土永磁材料適用于制備微型、異型電機(jī)，是稀土永磁材料研究與應(yīng)用中的重要方向。

軟磁材料的發(fā)展經(jīng)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(dǎo)率，低損耗、高飽和磁化強(qiáng)度，己應(yīng)用于開關(guān)電源、變壓器。傳感器等，可實(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)器件是20世紀(jì)末最具有影響力的重大成果。除巨磁電阻效應(yīng)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(xué)已成為一門頗受青睞的新學(xué)科。