磁性纳米材料

磁性纳米材料特性

能对磁场作出某种方式反应的材料我们称为磁性材料。ZG是世界上Z先发现物质磁性现象和应用磁性材料的国家。早在战国时期就有关于天然磁性材料（如磁铁矿）的记载。11世纪就发明了制造人工永磁材料的方法。磁性材料具有磁有序的强磁性物质，广义还包括可应用其磁性和磁效应的弱磁性及反铁磁性物质。磁性是物质的一种基本属性。

磁性纳米材料是具有十分特别的磁学性质的材料，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。

纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础按一定规律构筑或营造的一种新体系。它包括纳米阵列体系、介孔组装体系、薄膜嵌镶体系。对纳米阵列体系的研究集中在由金属纳米微粒或半导体纳米微粒在一个绝缘的衬底上整齐排列所形成的二位体系上。而纳米微粒与介孔固体组装体系由于微粒本身的特性，以及与界面的基体耦合所产生的一些新的效应。

磁性纳米材料的制备方法

在人们所熟知的大量磁性材料中，由于不能同时满足高饱和磁化强度和稳定性高的要求，饱和磁化强度高但稳定性低的材料应用在一定程度上受到了限制。目前可选作磁性微粒的仅有少数几种，主要为金属氧化物，如三氧化二铁（Fe2O3）、 MFe2O4(M=Co，Mn，Ni)、四氧化三铁（Fe3O4），二元和三元合金，如金属铁、 钴、镍及其铁钴合金、镍铁合金，以及钕铁硼(NdFeB)、镧钴合金（LaCo）合 金等，它们的稳定性(即抗氧化能力)依次递减，但饱和磁化强度却按上述次序递增。纳米科技的发展，使这些磁性材料的应用成为可能，目前，磁性材 料纳米化已成为材料科学的一个发展趋势。

磁性纳米材料的制备技术决定了其性质，关系着Z终工业应用。目前磁性纳米材料制备技术可以有多种分类，一种是分做物理法和化学法；另一种是按照物质状态进行分类，如固相法、液相法和气相法。其中，固相法包括非晶晶化法和高能球磨法；液相法包括喷雾法、沉积法、蒸发法、溶胶凝胶法、溶剂挥发分解法及电沉积法；气相法包括熔融金属反应法、气体冷凝法、真空蒸镀法、溅射法、激光诱导法、电加热蒸发法、混合等离子法及化学气相沉积法等。

这些方法各有其优缺点：

1、溶胶凝胶法是利用金属有机或无机化合物作为前体，经溶液、溶胶、凝胶而固化，优点是工艺简单、反应物种多、产物颗粒均一、过程易控制、分散性好、易实现高纯化、反应周期短、反应温度低，但是制备成本高，而且还需要高温煅烧，这对小粒径磁性纳米颗粒的合成不利；

2、非晶晶化法是在非晶基础上通过退火的热处理方式实现纳米晶化的一种方法；

3、高能球磨法是在高能球磨机中，将几十微米的磁性材料粗颗粒通过与研磨球、研磨罐及颗粒之间的频繁碰撞，使这些微米的固体颗粒发生反复地被挤压、变形、断裂、焊合等强烈的塑性变形，磁性材料颗粒表面的缺陷密度增加，晶粒逐渐细化，直至形成纳米级磁性颗粒。

4、球磨法工艺操作简单，成本也较低，但使用该法制备的磁性纳米材料容易引进杂质，很难得到均匀而细 小的颗粒，同时还存在分散性较差、晶体缺陷较多、颗粒稳定性较低、能耗很 大的缺点。

5、机械合金化法能制备出常规方法难以获得的高熔点金属和合金纳米材料，还可以制备纳米金属间化合物、互不相溶体系的固溶体及纳米晶陶瓷复合材料等，该法工艺简单、效率高，因而是制备磁性纳米材料的一种有效工艺方法。

6、溅射法是工艺比较成熟的方法，产量大、工艺过程比较简单、成本低、晶粒度容易控制，但缺点是由于辊表面不可避免地存在一些缺陷，因而通过此法制得的条带存在微裂纹等缺陷，并且利用该方法只能制备出二维的磁性纳米材料薄带。

7、沉淀法包括共沉淀法、均匀沉淀法和直接沉淀法，共沉淀法适合制备氧化物，是在混合的金属盐溶液中添加沉淀剂，即得到组分均匀的溶液，再进行热分解，特点是简单易行，但产物纯度低、粒径大；直接沉淀法是使溶液中的金属阳离子直接与沉淀剂发生化学反应而形成沉淀物；均匀沉淀法是在金属盐溶液中加入沉淀剂溶液时不断搅拌，使沉淀剂在溶液中缓慢生成，消除了沉淀剂的不均匀性。

8、化学气相沉积法也称气相化学反应法，制备的产物颗粒细小、形貌均匀，具有良好的分散性。

9、高温分解法是在高沸点有机溶剂中加热分解有机金属化合物来制备纳米粒子。

10、微乳液法是将2种互不相溶的液体通过表面活性剂分子作为界面膜，形成热力学稳定、各向同性的分散体系，这样可使成核、生长、聚结、团聚等过程局限在一个微小的球形液滴内，从而可形成球形颗粒，又避免了颗粒之间进一步团聚，因此，该方法所得纳米颗粒粒径分布窄，且单分散性、界面性和稳定性 好，同时，与其他方法相比，还具有实验装置简单、粒径易于控制、能耗低、 适应面广等优点。

纳米磁性材料应用

软磁纳米材料的发展经历了晶态、非晶态、纳米微晶态的历程。纳米做金属软磁材料具有十分优异的性能，高磁导率，低损耗、高饱和磁化强度，己应用于开关电源、变压器。传感器等，可实现器件小型化、轻型化、高频化以及多功能化，发展十分迅速。

磁性纳米颗粒作为靶向药物，细胞分离等YL应用也是当前生物医学的一热门研究课题，有的已步入临床试验。

磁性液体Z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，然后弥散在基液中而构成。美、英、日、俄等国都有磁性液体公司，磁性液体广泛地应用于旋转密封，如磁盘驱动器的防尘密封、高真空旋转密封等，以及扬声器、阻尼器件、磁印刷等应用。

磁电子纳米结构器件是20世纪末Z具有影响力的重大成果。除巨磁电阻效应读出磁头、MRAM、磁传感器外，全金属晶体管等新型器件的研究正方兴未艾。磁电子学已成为一门颇受青睐的新学科。

电子、机械、光学、磁学、化学和生物学等各个领域磁性纳米材料都有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生将对人类社会产生深远的影响。并有可能从根本上解决人类面临的许多问题。特别是能源，人类健康和环境保护等重大问题。下一世纪初的主要任务是依据纳米材料各种新颖的物理和化学特性设计出顺应世纪的各种新型的材料和器件，通过纳米材料科学技术对传统产品的改性，增加其高科技含量以及发展纳米结构的新型产品。已出现可喜的苗头，具备了形成下一世纪经济新增长点的基础。磁性纳米材料将成为纳米材料科学领域一个大放异彩的明星，在新材料，能源，信息，生物医学等各个领域发挥举足轻重的作用。