磁性纳米材料的制备与应用发展趋势

摘 要: 磁性纳米材料因其具有独特的性质, 在现代社会中有着广泛的应用, 并越来越受到人们的关注。本文主要介绍了磁性纳米材料的发展过程和主要特点, 概述了纳米磁性材料的制备方法, 如机械球磨法、水热法、微乳液法、超声 波法等, 总结了纳米磁性材料在实际中的应用, 并对其研究前景进行了展望。 关键词: 磁性; 纳米材料; 应用

0 引 言

由于社会的发展和科学的进步, 磁性纳米材料的研究和应用领域有了很大的扩展。人们有意识地制备纳米磁性微粒, 可以追溯到20 世纪60 年代, 然而大自然却早已存在多种形式的纳米磁性微粒: 千里迢迢能安全归航的鸽子、具有记忆功能的蜜蜂、蝴蝶、高智商的海豚等均含有引导方向的纳米磁性微粒所构成的磁罗盘。至于磁性微粒与生物体神经网络的联系, 至今还是神秘的谜[ 1] 。 纳米材料又称纳米结构材料, 是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围内的材料( 1- 100nm) , 或由它们作为基本单元构成的材料, 是尺寸介于原子、分子与宏观物体之间的介观体系, 因此, 纳米磁性材料的特殊磁性可以说是属于纳米磁性。而纳米磁性材料和纳米磁性又分别是纳米科学技术和纳米物性的一个组成部分。颗粒的磁性, 理论上始于20 世纪初期发展起来的磁畴理论, 理论与实验表明: 当磁性微粒处于单畴尺寸时, 矫顽力将呈现极大值。铁磁材料, 如铁、镍、钻等磁性单畴临界尺寸大约处于l0 nm 量级, 在应用上, 可以作为高矫顽力的永磁材料和磁记录材料。由于颗粒磁性与其尺寸有关, 若尺寸进一步减小, 颗粒将在一定的温度范围内将呈现出超顺磁性。利用微粒的超顺磁性, 人们在 50 年代开始对镍纳米微粒的低温磁性进行了研究, 提出了磁宏观量子隧道效应的概念, 并在60 年代末期研制成了磁性液体。60 年代非晶态磁性材料的诞生为磁性材料增添了新的一页, 也为80 年代纳米微晶磁性材料( 纳米微晶软磁料、纳米复合永磁材料) 的问世铺平了道路。80 年代以后, 在理论与实验二方面, 开始对纳米磁性微粒的磁宏观量子隧道效应进行研究, 现已成为基础研究的重要课题之一。如1988 年首先在Fe/ Cr 多层膜中发现了巨磁电阻效应, 叩开了新兴的磁电子学的大门, 为纳米磁性材料的研究开拓了新的领域[2- 4] 。 1 磁性物质的发展过程

磁性物质的应用可以一直追溯到中国古代，早在公元前4世纪，我们的祖先就开始利用磁性材料，并且制造出4大发明之一的指南针，用于军事和航海。因此，磁性物质的研究是一个古老而重要的领域，也是工业应用方面广泛研究的课题。 对物质磁性的研究具有悠久的历史, 是在十七世纪末期和十八世纪前半叶开始发展起来的。1788年, 库仑( Co ulomb) 把他的二点电荷之间的相互作用力规律推广到二磁极之间的相互作用上。1820年, 丹麦物理学家奥斯特( Oersted) 发现了电流的磁效应; 同年法国物理学家安培( A mpere) 提出了分子电流假说, 认为物质磁性起源于分子电流。1831 年, 英国科学家法拉第( Faraday ) 发现了电磁感应定律, 并提出磁场的概念, 为统一电磁理论打下了基础。1834 年, 俄国物理学家楞茨( Lenz) , 建立了感应电流方向和磁场变化关系的楞次定律. 英国物理学家麦克斯韦( Maxw ell) 将电和磁现象联系起来, 系统地提出了关于电磁场的麦克斯韦方程组, 并预言了电磁波的存在。1888 年德国物理学家赫兹( Hert z)证实了麦克斯韦的电磁场理论。十九世纪末随着铁磁性和抗磁性的发