常見問題

納米粒子磁性材料的設(shè)備工序和應(yīng)用

近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的納米粒子磁性材料除了具有一般納米粒子的獨(dú)特效應(yīng)之外，還具有優(yōu)異的磁學(xué)性能，具有廣闊的應(yīng)用前景。為了進(jìn)一步開發(fā)納米粒子磁性材料的應(yīng)用潛力，目前尚有許多問題需要進(jìn)一步探討，如發(fā)展和完善納米粒子磁性材料的制備技術(shù)以及自組裝技術(shù)，擴(kuò)大制備范圍（如制備具有磁光、磁電以及磁熱性能的新型納米復(fù)合材料）；加強(qiáng)對(duì)磁性材料納米粒子的理論研究工作，利用多種表征手段深入研究它的結(jié)構(gòu)和性能，使這一新材料真正發(fā)揮其最大的潛能。

當(dāng)鐵磁材料的粒子處于單疇尺寸時(shí)，矯頑力(Hc)將呈現(xiàn)極大值，粒子進(jìn)入超順磁性狀態(tài)。這些特殊性能使各種納米粒子磁性材料的制備方法及性質(zhì)的研究愈來(lái)愈受到重視[1]。開始，多以純鐵(-Fe)納米粒子為研究對(duì)象，制備工藝幾乎都是采用化學(xué)沉積法。后來(lái)，出現(xiàn)了許多新的制備方法，如濕化學(xué)法和物理方法，或兩種及兩種以上相結(jié)合的方法制備具有特殊性能的納米粒子磁性材料。這些粒子在磁記錄材料、磁性液體、生物醫(yī)學(xué)、傳感器、催化、永磁材料、顏料、雷達(dá)波吸波材料以及其他領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

納米粒子磁性材料之所以具有廣闊的應(yīng)用前景，是因?yàn)樗哂性S多不同于常規(guī)材料的獨(dú)特效應(yīng)，如量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)及宏觀量子隧道效應(yīng)等，這些效應(yīng)使納米粒子磁性材料具有不同于常規(guī)材料的光、電、聲、熱、磁、敏感特性。
當(dāng)納米粒子磁性材料的粒徑小于其超順磁性臨界尺寸時(shí)，粒子進(jìn)入超順磁性狀態(tài)，無(wú)矯頑力和剩磁。眾所周知，對(duì)于塊狀磁性材料（如Fe、Co、Ni），其體內(nèi)往往形成多疇結(jié)構(gòu)以降低體系的退磁場(chǎng)能。納米粒子尺寸處于單疇臨界尺寸時(shí)具有高的矯頑力[3]。小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)導(dǎo)致納米粒子磁性材料具有較低的居里溫度。另外，納米粒子磁性材料的飽和磁化強(qiáng)度（Ms）比常規(guī)材料低，并且其比飽和磁化強(qiáng)度隨粒徑的減小而減小。當(dāng)粒子尺寸降低到納米量級(jí)時(shí)，磁性材料甚至?xí)l(fā)生磁性相變。
納米粒子磁性材料的合成方法
納米粒子磁性材料的制備是其應(yīng)用的基礎(chǔ)，目前已經(jīng)發(fā)展了許多種合成和制備方法，通?？煞譃榛瘜W(xué)法和物理法。表1~3概括了這些方法的制備工藝、特點(diǎn)及應(yīng)用等。
納米粒子磁性材料的應(yīng)用
1、在磁記錄材料方面的應(yīng)用。目前磁記錄介質(zhì)仍以磁性氧化物微粒磁介質(zhì)為主，為了提高磁記錄密度，磁記錄介質(zhì)總的趨勢(shì)是向高矯頑力方向發(fā)展。在顆粒型磁存儲(chǔ)介質(zhì)中，記錄單元的尺寸變得越來(lái)越小，磁性顆粒的尺寸已向納米尺度方向過渡，由于納米粒子磁性材料具有單磁疇結(jié)構(gòu)及矯頑力很高的特征，用它來(lái)做磁記錄材料可以提高信噪比，改善圖像質(zhì)量，為高密度磁存儲(chǔ)創(chuàng)造了條件；
含Co、Ti的鋇鐵氧體粒子作為高密度磁記錄介質(zhì)已引起人們極大興趣。采用共沉淀、水熱合成等方法制出的納米級(jí)Co代換-Fe2O3、Co-Ti代換BaFe12O19氧化物粒子磁粉，利用真空蒸發(fā)、濺射等工藝制成的金屬納米粒子磁粉、連續(xù)薄膜介質(zhì)相繼投放市場(chǎng)，推動(dòng)了高密度磁記錄的快速發(fā)展。
2、在磁性液體方面的應(yīng)用。利用納米粒子磁性材料的超順磁性研制成了磁性液體（又叫鐵磁流體），它是將納米粒子磁性材料通過表面活性劑的包覆，使其均勻穩(wěn)定地分散在某種基（載）液之中而形成的穩(wěn)定膠狀體物質(zhì)。這種材料具有液體的流動(dòng)性和磁體的磁性，它的基本參數(shù)是飽和磁化強(qiáng)度，其大小主要由構(gòu)成膠體的磁性粒子決定。最初的磁性顆粒，是采用真空化學(xué)氣相沉積（CVD）或球磨法制得的金屬（Fe，Co，Ni）或合金粒子，平均粒徑5~7nm，制成的磁性液體的=120~150mT。后來(lái)，又制成了低成本的氧化物（Fe3O4等）粒子磁性液體，其≈40mT。磁性液體在硬磁盤機(jī)（HDD）的密封、宇航服、軸承、潤(rùn)滑、沉浮、阻尼、揚(yáng)聲器減震、磁性染料、磁性燃料、移位寄存器顯示、磁流體藥物、復(fù)印、工業(yè)廢液處理等方面均有應(yīng)用；
3、在醫(yī)學(xué)、生物領(lǐng)域中的應(yīng)用。利用納米粒子磁性材料制造靶向輸送醫(yī)療藥物，是目前醫(yī)藥學(xué)研究的熱點(diǎn)。納米粒子磁性材料表面涂覆高分子材料后，外部再與蛋白質(zhì)結(jié)合，將這種載有高分子和蛋白的納米粒子磁性材料作為藥物的載體，注射到生物體內(nèi)，在外加磁場(chǎng)的作用下，通過納米粒子的磁性導(dǎo)向性使藥物更方便地移向病變部位，增強(qiáng)其對(duì)病變組織的靶向性，有利于提高藥效，達(dá)到定向治療的目的，從而改變目前放療和化療中正常細(xì)胞和癌細(xì)胞統(tǒng)統(tǒng)被殺死的狀況。動(dòng)物臨床實(shí)驗(yàn)證實(shí)，F(xiàn)e3O4納米粒子磁性材料是應(yīng)用于這種技術(shù)的最有前途的載體，它在治療結(jié)束后可以通過人體肝臟和脾臟自然排泄；
4、在傳感器方面的應(yīng)用。納米粒子由于其巨大的表面和界面，對(duì)外界環(huán)境如溫度、光、濕度等十分敏感，外界環(huán)境的變化會(huì)迅速引起表面或界面離子價(jià)態(tài)和電子運(yùn)輸?shù)淖兓?，是用?a href=http://m.quanqiujishi.com/index.php?m=search&g=c&type=1&name=%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8 target='_blank'>傳感器方面最有前途的材料。如利用納米Fe2O3載體溫度效應(yīng)引起電阻變化，可制成溫度傳感器。另外用納米-Fe2O3制成的氣敏材料，具有響應(yīng)速度快、選擇性強(qiáng)、靈敏度高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，在無(wú)摻雜條件下，對(duì)C2H5OH、H2和CH4等氣體具有一定的靈敏度；
5、在催化方面的應(yīng)用。納米粒子的比表面積大、表面反應(yīng)活性高、表面活性中心多、催化效率高、吸附能力強(qiáng)等優(yōu)異性質(zhì)，為納米粒子作為催化劑提供了必要的條件，使其在化工催化方面有著重要的應(yīng)用。如Fe2O3納米粒子已直接用作高分子聚合物氧化、還原及合成反應(yīng)的催化劑，可大大提高其反應(yīng)效率，很好地控制反應(yīng)速度和溫度。將納米-Fe2O3做成空心小球，浮在含有有機(jī)物的廢水表面上，利用太陽(yáng)光可進(jìn)行有機(jī)物的降解。美國(guó)、日本利用這種方法對(duì)海上石油泄露造成的污染進(jìn)行處理。郭廣生等人通過研究納米氧化鐵粒子對(duì)乙苯脫氫催化劑活性的影響，發(fā)現(xiàn)以納米氧化鐵為主要原料，采用特殊工藝制備的多組份催化劑一般強(qiáng)度較低，焙燒時(shí)易粉碎。若主催化劑以普通氧化鐵和納米氧化鐵混合物為原料，不僅可提高催化劑的活性，而且可增加催化劑的強(qiáng)度[40]。當(dāng)-Fe2O3達(dá)到納米級(jí)后，以此作為燃燒催化劑制成的固體推進(jìn)劑的燃燒速度較普通推進(jìn)劑的燃燒速度可提高1~10倍，這對(duì)制造高性能火箭及導(dǎo)彈十分有利；
6、用作永磁材料。德國(guó)西門子公司采用機(jī)械合金化法及隨后進(jìn)行固態(tài)反應(yīng)的方法研制出稀土納米永磁材料，如Nd-Fe-B和Sm-Fe-N磁體。納米粒子磁性材料屬于單疇粒子，其剩余磁矩與粒子的體積成正比，它的磁化機(jī)制為旋轉(zhuǎn)磁化，即使不磁化也是永磁體，因此用它可作永磁材料。例如大塊軟鐵一般表現(xiàn)為軟磁性，但對(duì)16nm的鐵粉，其矯頑力非常高，因而可作為永磁材料使用，如用作磁記錄材料可提高記錄密度和信噪比；
7、在顏料領(lǐng)域中的應(yīng)用。氧化鐵系顏料是涂料工業(yè)的重要無(wú)機(jī)原材料，粒徑小于100nm的納米氧化鐵粒子，其化學(xué)組成甚至晶體結(jié)構(gòu)雖然與本體物質(zhì)一樣，但具有許多獨(dú)特的性質(zhì)，用納米氧化鐵作為顏料，既保持了一般無(wú)機(jī)顏料良好的耐熱性和吸收紫外線功效等優(yōu)點(diǎn)，又能很好地分散在油性載體中，用它調(diào)制的涂料或油墨具有令人滿意的透明度；
8、在雷達(dá)波吸波材料方面的應(yīng)用。雷達(dá)波吸波材料（RAM）能有效降低目標(biāo)的RCS(radar cross section)，提高各種作戰(zhàn)武器平臺(tái)的突防能力、生存能力；能有效地抑制電磁波的輻射、泄漏、改善電磁環(huán)境，提高整機(jī)的安全性、保密性。由于納米粒子磁性材料所具有的特殊磁性、紅外隱身和屏蔽效應(yīng)，在RAM中應(yīng)用很廣，目前所研究的材料主要有吸收劑，M、Z、Y、W型片狀六角鐵氧體吸收劑，后者主要集中在吸收劑上；
9、在其他領(lǐng)域的應(yīng)用。利用納米粒子磁性材料的巨磁阻抗效應(yīng)制備的磁傳感器已經(jīng)問世。軟磁鐵氧體納米材料在無(wú)線電通訊、廣播電視、自動(dòng)控制、宇宙航行、雷達(dá)導(dǎo)航、測(cè)量儀表、計(jì)算機(jī)、印刷、家用電器等領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用。金屬、鐵氧體等納米顆粒與聚合物形成的0~3型復(fù)合材料和多層結(jié)構(gòu)的2~3型復(fù)合材料，能吸收和衰減電磁波和聲波，減少反射和散射，在電磁隱形和聲隱形方面有重要作用。利用具有半導(dǎo)體特性的納米-Fe2O3等做成涂料，由于具有較強(qiáng)的導(dǎo)電特性，因而能起到靜電屏蔽作用。

上一個(gè)：永磁無(wú)鐵芯無(wú)刷寬頻技術(shù)電機(jī)市場(chǎng)反應(yīng)效果良好下一個(gè)：世界磁性材料稀土資源加工產(chǎn)業(yè)集中地給磁材行業(yè)帶來(lái)的影響