磁性納米材料的特性和應(yīng)用
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磁性納米材料的特性與常規(guī)的本體材料和原子團簇不同，當(dāng)磁性材料的尺寸與這些特征物理長度相當(dāng)時，就會呈現(xiàn)反常的磁學(xué)性質(zhì)。磁性納米材料的性質(zhì)取決于尺寸及組成等因素。

磁性納米材料的特性

磁性納米材料的特性與常規(guī)的本體材料和原子團簇不同，這是由于與磁相關(guān)的特征物理長度恰好處于納米量級(1-100nm)，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。當(dāng)磁性材料的尺寸與這些特征物理長度相當(dāng)時，就會呈現(xiàn)反常的磁學(xué)性質(zhì)。磁性納米材料的性質(zhì)取決于尺寸及組成等因素。自然界中存在著磁性納米顆粒，如鮭魚就是依靠身體中的磁性納米顆粒完成每年數(shù)萬公里的洄游。

磁性納米材料的發(fā)展

人們對磁性納米顆粒的研究始于20世紀80年代，法國科學(xué)家在Fe/Cr納米結(jié)構(gòu)的多層膜中發(fā)現(xiàn)巨磁電阻效應(yīng)。此后，美國、日本和西歐都對巨磁電阻材料的發(fā)展及應(yīng)用投入巨大的人力物力，掀起磁性材料納米的研究熱潮。

磁性納米材料的應(yīng)用

磁性納米材料在機械、電子、光學(xué)、磁學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。磁性納米結(jié)構(gòu)器件是20世紀末最具有影響力的重大成果，如巨磁電阻效應(yīng)讀出磁頭、磁傳感器、全金屬晶體管等。磁記錄材料至今仍是信息工業(yè)的主體。

典型的磁性納米顆粒應(yīng)用還有磁流體，最先用于宇航工業(yè)，現(xiàn)已普及至民用工業(yè)。目前美、英、日、俄等國都有磁性液體公司。磁流體廣泛應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)密封，如磁盤驅(qū)動器的防塵密封、高真空旋轉(zhuǎn)密封等，以及揚聲器、阻尼器件、磁印刷等方面。

納米微晶金屬軟磁材料具有高磁導(dǎo)率、低損耗、高飽和磁化強度，己廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源、變壓器、傳感器等，實現(xiàn)器件小型化、輕型化、高頻化以及多功能化。此外，磁性納米顆粒作為靶向藥物，細胞分離等醫(yī)療應(yīng)用也成為當(dāng)前生物醫(yī)學(xué)的熱門研究課題之一，部分已經(jīng)推廣至臨床。

磁性納米材料的制備

磁性納米材料有量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)的特點。

制備方法：

<1>磁流體的制備方法

物理法：研磨法、熱分解法、超聲波法。

化學(xué)法：化學(xué)沉淀法、水熱法。

<2>磁性微粒的制備方法

分散法、單體聚合法。

<3>納米磁性微晶的制備方法

非晶化法、深度塑性變形法。

<4>納米磁性結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法

溶膠-凝膠法、化學(xué)共沉淀法、磁控濺射法和激光脈沖沉積法。

如何依據(jù)磁性納米材料物理化學(xué)特性與尺寸、結(jié)構(gòu)、形貌的微觀關(guān)系，設(shè)計出適合應(yīng)用需求的具有優(yōu)越性能的材料，通過納米科學(xué)技術(shù)對材料進行可控合成及性能改造，將是21世紀初的主要任務(wù)。磁性納米材料將成為納米材料科學(xué)領(lǐng)域一個大放異彩的明星，在各個領(lǐng)域發(fā)揮舉足輕重的作用。