软磁材料由低频向高频的发展赵见高孙克王常生中国科学院物理.ppt

纳米磁性与磁性纳米材料 第四章 纳米磁性研究的发展历程纳米磁性材料的基本特征三介绍一些具体纳米磁性材料纳米磁性材料的制备方法 一纳米磁性研究的发展历程 1959年 著名的诺贝尔奖得主费曼 RichardFeynman 就设想 如果有一天人们可以按照自己的意志排列原子和分子 那会产生什么样的奇迹 毫无疑问 如果我们对细微尺度的事物加以控制的话 将大大扩充我们可以获得物性的范围 他首次提出了 纳米 材料的概念 今天 纳米科技的发展使费曼的预言已逐步成为现实 纳米材料的奇特物性正对人们的生活和社会的发展产生重要的影响 1962年 久保提出超微颗粒的量子限域理论 推动了实验物理学家对纳米微粒进行探索 1984年德国的H Gleiter教授等合成了纳米晶体Pd Fe等 1987年美国阿贡国立实验室Siegel博士制备出纳米TiO2多晶陶瓷 呈现良好的韧性 在100多度高温弯曲仍不裂 这一突破性进展造成第一次世界性纳米热潮 使其成为材料科学的一个分支 碳60球和碳纳米管的发现触发了纳米科学的大发展 碳纳米 碳元素是自然界最普遍的元素之一 其特有的成键轨道可形成丰富的碳家族 人们以为自然界只有三种碳的同素异形体 金刚石 石墨 无定形碳 1985年 Kroto等人发现幻数为60的笼状C60分子 其60个碳原子分别位于由20个六边形环和15个五边形环组成的足球状多面体的顶点上 KratschmerW 用石墨电极电弧放电首次宏观量的合成了C60 引发又一次纳米研究热 其后 又发现一大家族球形和椭球形的碳的同素异形体 1991年 日本NEC公司Iijima教授在Ar气氛直流电弧放电后的阴极棒沉积碳黑中 通过透射电镜发现一种直径在纳米或几十纳米 长度在几十纳米到1毫米的中空管 几十个管子同轴构在一起 相邻管的径向间距约0 34纳米 即石墨的 002 面间距 这就是现统称的碳纳米管 其独特的一维管状分子结构开辟了一维纳米材料研究的新领域 又一次形成纳米研究的高潮 美国国家纳米技术启动计划 美国前总统克林顿二000年七月向国会提交的美国国家纳米技术启动计划 NationalNanotechnologyInitiative 其中将电脑硬盘磁头的巨磁电阻读传感器 GMRReadSensor 作为纳米科技在信息存储技术中的第一个应用实例 GMR磁头不仅在厚度上 而且在长度上都在100纳米以内 目前的产业化情况 准零维磁性纳米粒子早在上世纪50年代就已应用 用于磁畴观察的粉纹技术 将足够细的铁磁粉末的胶状悬浮液涂在样品表面上 由于畴壁处的散磁场将磁性粉末集中于此 描绘出表面的磁畴结构或表面畴壁的轨迹 用于制备单畴永磁粉材料 因为单畴粒子反磁化过程是磁畴的转动 没有畴壁运动过程 矫顽力可以提高很多 3 用于磁密封的磁性液体 即60年代用宇航服头盔的磁密封 这里用到了纳米粒子的超顺磁性 宇航员头盔的密封是纳米磁性材料的最早重要应用之一 磁性液体 1988年由非晶态FeSiB退火通过掺杂Cu和Nb控制晶粒成为新型的纳米晶软磁材料 1988年发现了磁性多层膜的巨磁电阻效应并由此产生一门新兴学科 自旋电子学 1993年理论表明纳米级的软磁和硬磁颗粒复合将综合软磁Ms高 硬磁Hc高的优点获得磁能级比现有最好NdFeB高一倍的新型纳米硬磁材料 二十一世纪以来利用模板生长一维磁性纳米丝的研究很活跃材料包括单一金属 合金 化合物 多层材料 复合材料等等 应用目标也从存储介质到细胞分离多种多样 许多生物体内就有天然的纳米磁性粒子 如磁性细菌 鸽子 海豚 石鳖 蜜蜂 人的大脑等 这里有大量的课题需要研究 特别需要有物理和磁学背景的人员参与 有利于对问题的理解 1975年即发现向磁性细菌 体内有一排磁性纳米粒子 向磁性细菌 磁性纳米粒子导航作用的物理原理和生物过程 蜜蜂腹部的磁性纳米颗粒 G代表磁性颗粒 对地磁场的准确定位 磁偏角和磁倾角 人类大脑中平均含有20微克 约500万粒 的磁性纳米粒子 与进化 成长 某些脑功能的关系 石鳖齿舌中含有大量一维纳米磁性丝 一维纳米丝的丝由许多磁性柱构成 柱内是单畴粒子的集合 其生物功能未必只是加强齿舌的耐磨性 有趣的是 它具有天然的纳米丝生长模板 生物