磁性納米材料有什么特點

磁性納米材料有什么特點

能對磁場作出某種方式反應(yīng)的材料我們稱為磁性材料。中國是世界上最先發(fā)現(xiàn)物質(zhì)磁性現(xiàn)象和應(yīng)用磁性材料的國家。早在戰(zhàn)國時期就有關(guān)于天然磁性材料（如磁鐵礦）的記載。11世紀(jì)就發(fā)明了制造人工永磁材料的方法。磁性材料具有磁有序的強(qiáng)磁性物質(zhì)，廣義還包括可應(yīng)用其磁性和磁效應(yīng)的弱磁性及反鐵磁性物質(zhì)。磁性是物質(zhì)的一種基本屬性。

磁性納米材料是具有十分特別的磁學(xué)性質(zhì)的材料，納米粒子尺寸小，具有單磁疇結(jié)構(gòu)和矯頑力很高的特性，用它制成的磁記錄材料不僅音質(zhì)、圖像和信噪比好，而且記錄密度比γ-Fe2O3高幾十倍。超順磁的強(qiáng)磁性納米顆粒還可制成磁性液體，用于電聲器件、阻尼器件、旋轉(zhuǎn)密封及潤滑和選礦等領(lǐng)域。

納米結(jié)構(gòu)是以納米尺度的物質(zhì)單元為基礎(chǔ)按一定規(guī)律構(gòu)筑或營造的一種新體系。它包括納米陣列體系、介孔組裝體系、薄膜嵌鑲體系。對納米陣列體系的研究集中在由金屬納米微粒或半導(dǎo)體納米微粒在一個絕緣的襯底上整齊排列所形成的二位體系上。而納米微粒與介孔固體組裝體系由于微粒本身的特性，以及與界面的基體耦合所產(chǎn)生的一些新的效應(yīng)。

磁性納米材料的制備方法

在人們所熟知的大量磁性材料中，由于不能同時滿足高飽和磁化強(qiáng)度和穩(wěn)定性高的要求，飽和磁化強(qiáng)度高但穩(wěn)定性低的材料應(yīng)用在一定程度上受到了限制。目前可選作磁性微粒的僅有少數(shù)幾種，主要為金屬氧化物，如三氧化二鐵（Fe2O3）、 MFe2O4(M=Co，Mn，Ni)、四氧化三鐵（Fe3O4），二元和三元合金，如金屬鐵、 鈷、鎳及其鐵鈷合金、鎳鐵合金，以及釹鐵硼(NdFeB)、鑭鈷合金（LaCo）合 金等，它們的穩(wěn)定性(即抗氧化能力)依次遞減，但飽和磁化強(qiáng)度卻按上述次序遞增。納米科技的發(fā)展，使這些磁性材料的應(yīng)用成為可能，目前，磁性材 料納米化已成為材料科學(xué)的一個發(fā)展趨勢。

磁性納米材料的制備技術(shù)決定了其性質(zhì)，關(guān)系著最終工業(yè)應(yīng)用。目前磁性納米材料制備技術(shù)可以有多種分類，一種是分做物理法和化學(xué)法；另一種是按照物質(zhì)狀態(tài)進(jìn)行分類，如固相法、液相法和氣相法。其中，固相法包括非晶晶化法和高能球磨法；液相法包括噴霧法、沉積法、蒸發(fā)法、溶膠凝膠法、溶劑揮發(fā)分解法及電沉積法；氣相法包括熔融金屬反應(yīng)法、氣體冷凝法、真空蒸鍍法、濺射法、激光誘導(dǎo)法、電加熱蒸發(fā)法、混合等離子法及化學(xué)氣相沉積法等。

這些方法各有其優(yōu)缺點：

1、溶膠凝膠法是利用金屬有機(jī)或無機(jī)化合物作為前體，經(jīng)溶液、溶膠、凝膠而固化，優(yōu)點是工藝簡單、反應(yīng)物種多、產(chǎn)物顆粒均一、過程易控制、分散性好、易實現(xiàn)高純化、反應(yīng)周期短、反應(yīng)溫度低，但是制備成本高，而且還需要高溫煅燒，這對小粒徑磁性納米顆粒的合成不利；

2、非晶晶化法是在非晶基礎(chǔ)上通過退火的熱處理方式實現(xiàn)納米晶化的一種方法；

3、高能球磨法是在高能球磨機(jī)中，將幾十微米的磁性材料粗顆粒通過與研磨球、研磨罐及顆粒之間的頻繁碰撞，使這些微米的固體顆粒發(fā)生反復(fù)地被擠壓、變形、斷裂、焊合等強(qiáng)烈的塑性變形，磁性材料顆粒表面的缺陷密度增加，晶粒逐漸細(xì)化，直至形成納米級磁性顆粒。

4、球磨法工藝操作簡單，成本也較低，但使用該法制備的磁性納米材料容易引進(jìn)雜質(zhì)，很難得到均勻而細(xì) 小的顆粒，同時還存在分散性較差、晶體缺陷較多、顆粒穩(wěn)定性較低、能耗很 大的缺點。

5、機(jī)械合金化法能制備出常規(guī)方法難以獲得的高熔點金屬和合金納米材料，還可以制備納米金屬間化合物、互不相溶體系的固溶體及納米晶陶瓷復(fù)合材料等，該法工藝簡單、效率高，因而是制備磁性納米材料的一種有效工藝方法。

6、濺射法是工藝比較成熟的方法，產(chǎn)量大、工藝過程比較簡單、成本低、晶粒度容易控制，但缺點是由于輥表面不可避免地存在一些缺陷，因而通過此法制得的條帶存在微裂紋等缺陷，并且利用該方法只能制備出二維的磁性納米材料薄帶。

7、沉淀法包括共沉淀法、均勻沉淀法和直接沉淀法，共沉淀法適合制備氧化物，是在混合的金屬鹽溶液中添加沉淀劑，即得到組分均勻的溶液，再進(jìn)行熱分解，特點是簡單易行，但產(chǎn)物純度低、粒徑大；直接沉淀法是使溶液中的金屬陽離子直接與沉淀劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成沉淀物；均勻沉淀法是在金屬鹽溶液中加入沉淀劑溶液時不斷攪拌，使沉淀劑在溶液中緩慢生成，消除了沉淀劑的不均勻性。

8、化學(xué)氣相沉積法也稱氣相化學(xué)反應(yīng)法，制備的產(chǎn)物顆粒細(xì)小、形貌均勻，具有良好的分散性。

9、高溫分解法是在高沸點有機(jī)溶劑中加熱分解有機(jī)金屬化合物來制備納米粒子。

10、微乳液法是將2種互不相溶的液體通過表面活性劑分子作為界面膜，形成熱力學(xué)穩(wěn)定、各向同性的分散體系，這樣可使成核、生長、聚結(jié)、團(tuán)聚等過程局限在一個微小的球形液滴內(nèi)，從而可形成球形顆粒，又避免了顆粒之間進(jìn)一步團(tuán)聚，因此，該方法所得納米顆粒粒徑分布窄，且單分散性、界面性和穩(wěn)定性 好，同時，與其他方法相比，還具有實驗裝置簡單、粒徑易于控制、能耗低、 適應(yīng)面廣等優(yōu)點。

納米磁性材料應(yīng)用

軟磁納米材料的發(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，可實現(xiàn)器件小型化、輕型化、高頻化以及多功能化，發(fā)展十分迅速。

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。

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。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、磁印刷等應(yīng)用。

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。

電子、機(jī)械、光學(xué)、磁學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)等各個領(lǐng)域磁性納米材料都有著廣泛的應(yīng)用前景。納米科學(xué)技術(shù)的誕生將對人類社會產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。并有可能從根本上解決人類面臨的許多問題。特別是能源，人類健康和環(huán)境保護(hù)等重大問題。下一世紀(jì)初的主要任務(wù)是依據(jù)納米材料各種新穎的物理和化學(xué)特性設(shè)計出順應(yīng)世紀(jì)的各種新型的材料和器件，通過納米材料科學(xué)技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)品的改性，增加其高科技含量以及發(fā)展納米結(jié)構(gòu)的新型產(chǎn)品。已出現(xiàn)可喜的苗頭，具備了形成下一世紀(jì)經(jīng)濟(jì)新增長點的基礎(chǔ)。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，在新材料，能源，信息，生物醫(yī)學(xué)等各個領(lǐng)域發(fā)揮舉足輕重的作用。