納米磁性材料及應用

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，其原因之一是磁電于器件巨大的市場(chǎng)與高科技所帶來(lái)的高利潤，其中巨磁電阻效應高密度讀出磁頭的市場(chǎng)估計為10億美元，目前己進(jìn)入大規模的工業(yè)生產(chǎn)，磁隨機存儲器的市場(chǎng)估計為1千億美無(wú)，預計不久將投入生產(chǎn)，磁電子傳感器件的應用市場(chǎng)亦十分寬廣。

納米磁性材料及應用大致上可分三大類(lèi)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(cháng)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(cháng)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(cháng)度相當時(shí)，就會(huì )呈現反常的磁學(xué)性質(zhì)。

磁性材料與信息化、自動(dòng)化、機電一體化、國防，國民經(jīng)濟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(guò)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(pán)"，利用磁納米線(xiàn)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(wàn)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(lái)，磁盤(pán)記錄密度突飛猛進(jìn)，現己超過(guò)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(guān)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(pán)驅動(dòng)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，細胞分離等醫療應用也是當前生物醫學(xué)的一熱門(mén)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(wèn)世，樹(shù)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(guò)永磁鐵氧體，預計2000年全球燒結NdFeB的產(chǎn)值將達到30億美元，并超過(guò)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(shí)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(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，高磁導率，低損耗、高飽和磁化強度，己應用于開(kāi)關(guān)電源、變壓器。傳感器等，可實(shí)現器件小型化、輕型化、高頻化以及多功能化，近年來(lái)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(xué)已成為一門(mén)頗受青睞的新學(xué)科。