磁性纳米材料--周立学.ppt

磁性纳米材料,作者:周立学,Page2,生物体内的纳米磁性粒子,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,Page3,生物体内的纳米磁性粒子,向磁性细菌1975年即发现向磁性细菌-体内有一排磁性纳米粒子,蜜蜂腹部的磁性纳米颗粒，G代表磁性颗粒。,Page4,生物体内的纳米磁性粒子,人类大脑中平均含有20微克（约500万粒）的磁性纳米粒子,Page5,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。,生物体内的纳米磁性粒子,Page6,它具有天然的纳米丝生长模板,生物矿化的牙齿内部有机纤维组织网络成为纳米丝生长模板。图为其模板截面及磁性材料在其内形成过程。,生物体内的纳米磁性粒子,Page7,磁性纳米材料,磁性纳米材料的特性不同于常规的磁性材料，其原因是关联于与磁相关的特征物理长度恰好处于纳米量级，例如：磁单畴尺寸，超顺磁性临界尺寸，交换作用长度，以及电子平均自由路程等大致处于1-100nm量级，当磁性体的尺寸与这些特征物理长度相当时，就会呈现反常的磁学性质。,Page8,磁性纳米材料,磁性纳米材料可以大体分为固体磁性材料和磁流体，固体磁性材料中又包含铁磁材料。具有铁磁性的纳米材料如纳米晶Ni，-Fe2O3等可作为磁性材料。铁磁材料可分为软磁材料和硬磁材料。,Ni纳米片,Fe3O4纳米片,Page9,固体磁性材料,软磁材料,软磁材料的主要特点是磁导率高饱和磁化啊强度大电阻高损耗低稳定性好，可用于制作电感线圈小型变压器脉冲变压器中频变压器等的磁芯，天线棒磁芯，电视偏转磁轭，录音磁头，磁放大器等。,电感线圈,天线棒磁芯,Page10,固体磁性材料,硬磁材料的主要特点是剩磁要大矫顽力也要大，不易去磁。对温度时间振动等干扰的稳定性要好。主要用于此路系统中做永磁体以产生恒定磁场。如制作扬声器助听器示波器及各种控制设备等。,助听器,示波器,Page11,固体磁性材料,此外，利用旋磁铁氧体的旋磁效应，可以制备回相器环形器等非倒易性器件，衰减器调制器等倒易性器件。利用旋磁铁氧体的非线性，可制作倍频器混频器振荡器放大器等。可用于制作雷达通信电视测量人造卫星导弹系统的微波器件。,衰减器,混频器,Page12,磁流体,磁流体作为一种特殊的功能材料,是把纳米数量级(10纳米左右)的磁性粒子包裹一层长链的表面活性剂，均匀的分散在基液中形成的一种均匀稳定的胶体溶液。磁流体由纳米磁性颗粒、基液和表面活性剂组成。一般常用的有Fe3O4、Fe2O3、Ni、Co等作为磁性颗粒，以水、有机溶剂、油等作为基液，以油酸等作为活性剂防止团聚。由于磁流体具有液体的流动性和固体的磁性，使得磁流体呈现出许多特殊的磁、光、电现象，如法拉第效应、双折射效应和线二向色性等。这些性质在光调制、光开关、光隔离器和传感器等领域有着重要的应用前景。,Page13,磁流体,磁流体在磁场的作用下形成丰富的微观结构，这些微观结构对光产生不同的影响，能在很大的程度上改变光的透射率和折射率、产生大的法拉第旋转、磁二向色散性、克尔效应等。磁流体的这种在磁场中的特性可以用在磁光开关、磁光隔离器、磁光调制器、粗波分复用器等。国外磁性液体已商品化，美、日、英等国均有磁性液体公司，供应各种用途的磁性液体及其器件。磁性液体的用途十分广泛。,磁光开关,Page14,磁流体,集聚的磁性液体粒子可起到密封，润滑等作用，又可相对运动自由，因而在真空，环保等方面应用广泛。,Page15,磁流体,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,Page16,磁流体,磁流体在受控核反应方面的应用，有可能使人类从海水中的氘获取巨大能源。对氘、氚混合气来说，要求温度达到5000万到1亿度，并对粒子密度和约束时间有较高的要求。而使用环形磁约束装置在受控热核反应的研究中显出较好的适用性和优越性。,环形磁约束装置,Page17,磁流体,磁流体除了与开发和利用核聚变能有关外，还与磁流体发电密切联系。磁流体发电的原理是用等离子体取代发电机转子，省去转动部件，这样可以把普通火力发电站或核电站的效率提高1520%，甚至更高，既可节省能源，又能减轻污染。,Page18,磁流体,电磁流量计、电磁制动、电磁轴承理论、电磁激波管等也是磁流体在工业应用上所取得的成就,电磁流量计,Page19,磁流体,磁流体推进器就是贯通海水的通道内建有一个磁场，这个磁场能对导电的海水产生电磁力作用，使之在通道内运动，若运动方向指向船艉，则反作用力便会推动船舶前进。与传统机械传动类推进器(譬如螺旋桨、水泵喷水推进器等)相比较，磁流体推进器的不同点在于：前者使用机械动力作为推力而后者使用电磁力。正因为如此，磁流体推进器无须配备螺旋桨桨叶、齿轮传动机构和轴泵等，是一种完全没有机械噪音的安静推进器。,Page20,磁流体,一旦现代潜艇使用了这种推