奈米材料在磁學方面的應用

2021-03-04 09:50:04 字數 3209 閱讀 6010

班級:材成084班

小組成員:

黃祥: 6100508073

黃凱: 5901208183

黃昊: 5901208182

阮先明: 6302708071

鄒林林: 5901208228

磁性材料一直是國民經濟、國防工業的重要支柱與基礎,廣泛地應用於電信、自動控制、通訊、家用電器等領域,在微機、大型計算機中的應用具有重要地位。資訊化發展的總趨勢是向小、輕、薄以及多功能方向進展,因而要求磁性材料向高效能、新功能方向發展。奈米磁性材料是指材料尺寸限度在奈米級,通常在1~100nm的準零維超細微粉,一維超薄膜或二維超細纖維(絲)或由它們組成的固態或液態磁性材料。

當傳統固體材料經過科技手段被細化到奈米級時,其表面和量子隧道等效應引發的結構和能態的變化,產生了許多獨特的光、電、磁、力學等物理化學特能,有著極高的活性,潛在極大的原能能量,這就是「量變到質變」。奈米磁性材料的特殊磁性能主要有:奈米微粒的小尺寸效應、量子尺寸效應、表面效應,使其具有常規粗晶材料不具備的磁特性。

主要表現在量子尺寸效應、超順磁性、巨集觀量子隧道效應、磁有序顆粒的小尺寸效應、特異的表觀磁性等。

奈米磁性材料可分為固體磁性材料和磁流體。

(1)固體磁性材料具有鐵磁性的奈米材料如奈米晶ni、γ-fe2o3、fe3o4等均為磁性材料。

固體磁性材料按用途可分為磁儲存介質材料、奈米磁記錄介質、奈米磁性藥物、電波吸收(隱身)材料、奈米微晶稀土永磁材料、奈米微晶稀土軟磁材料、磁光儲存器、磁性薄膜變壓器和巨磁電阻材料。

磁儲存介質材料:近年來隨著資訊量飛速增加,要求記錄介質材料高效能化,特別是記錄高密度化。高記錄密度的記錄介質材料與超微粒有密切的關係。

若以超微粒作記錄單元,可使記錄密度大大提高。奈米磁性微粒由於尺寸小,具有單磁疇結構,矯頑力很高的特性,用它製作磁記錄材料可以提高訊雜比,改善影象質量。

奈米磁記錄介質:如合金磁粉的尺寸在80nm,鋇鐵氧體磁粉的尺寸在40nm,今後進一步提高密度向「量子磁碟」化發展,利用磁奈米線的儲存特性,記錄密度達400gbit/in2,相當於每平方英吋可儲存20萬部紅樓夢**。

奈米磁性藥物:磁性**技術在國內外的研究領域在拓寬,如**癌症,用奈米的金屬性磁粉液體注射進人體病變的部位,並用磁體固定在病灶的細胞附近,再用微波輻射金屬加熱法公升到一定的溫度,能有效地殺死癌細胞。另外,還可以用磁粉包裹藥物,用磁體固定在病灶附近,這樣能加強藥物**作用。

電波吸收(隱身)材料:奈米粒子對紅外和電磁波有吸收隱身作用。由於奈米微粒尺寸遠小於紅外及雷達波波長,因此奈米微粒材料對這種波的透過率比常規材料要強得多,這就大大減少波的反射率,使得紅外探測器和雷達接收到的反射訊號變得很微弱,從而達到隱身的作用;另一方面,奈米微粒材料的比表面積比常規粗粉大3-4個數量級,對紅外光和電磁波的吸收率也比常規材料大得多,這就使得紅外探測器及雷達得到的反射訊號強度大大降低,因此很難發現被探測目標,起到了隱身作用。

奈米微晶稀土永磁材料:稀土釹鐵硼磁體的發展突飛猛進,磁體磁性能也在不斷提高,目前燒結釹鐵硼磁體的磁能積達到50mgoe,接近理論值64mgoe,並已進入規模生產。為進一步改善磁性能,目前已經用速凝薄片合金的生產工藝,一般的快淬磁粉晶粒尺寸為20-50nm,如作為粘結釹鐵硼永磁原材料的快淬磁粉。

為克服釹鐵硼磁體低的居里溫度,易氧化和比鐵氧體高的成本**等缺點,目前正在探索新型的稀土永磁材料,如釤鐵氮、釹鐵氮等化合物。另一方面,開發研製復合稀土永磁材料,將軟磁相與永磁相在奈米尺寸內進行復合,就可獲得高飽和磁化強度和高矯頑力的新型永磁材料。

奈米微晶稀土軟磁材料:在2023年,首先發現在鐵基非晶的基體中加入少量的銅和稀土,經適當溫度晶化退火後,獲得一種效能優異的具有超細晶粒(直徑約10nm)軟磁合金,後被稱為奈米晶軟磁合金。奈米晶磁性材料可開發成各種各樣的磁性器,應用於電力電子技術領域,用作電流互感器、開關電源變壓器、濾波器、漏電保護器、互感器及感測器等,可取得令人滿意的經濟效益。

巨磁電阻材料:將奈米晶的金屬軟磁顆粒瀰散鑲嵌在高電阻非磁性材料中,構成兩相組織的奈米顆粒薄膜,這種薄膜最大特點是電阻率高,稱為巨磁電阻效應材料,在100mhz以上的超高頻段顯示出優良的軟磁特性。由於巨磁電阻效應大,可便器件小型化、廉價,可作成各種感測器件,例如,測量位移、角度,數控工具機、汽車測速,旋轉編碼器,微弱磁場探測器(squids)等

磁性薄膜變壓器:個人電腦和手機的小型化,必須採用高頻開關電源,並且工作頻率越來越高,逐步提高到1~2mhz或更高。要想使高頻開關電源進一步向輕薄小方向發展,立體的三維結構鐵芯已經不能滿足要求,只有向低維的平面結構發展,才能使高度更薄、長度更短、體積更小。

對於10~25w小功率開關電源,將採用印刷鐵芯和磁性薄膜鐵芯。幾個微公尺厚的磁性薄膜,基本上不成形三維立體結構,而是二維平面結構,其物理特性也與原來的立體結構不同,可以獲得前所未有的高效能和綜合性能。

磁光儲存器:當前唯讀和一次燒錄式的光碟已經廣泛應用,但是可重複寫、擦的光碟還沒有產業化生產。最具有發展前途的是磁性材料介質的磁光儲存器,其可以像磁碟一樣反覆多次地重覆記錄。

目前大量使用的軟磁碟,由於材料介質和記錄磁頭的侷限性,其儲存密度已經達到極限;另外其已經不能滿足資訊科技的發展要求,無法在一張盤上儲存更多的圖象和資料。採用磁光碟儲存,就能在一張盤上記錄數千兆位元組到數十千兆位元組的容量,並且能反覆地擦寫使用。

(2)磁流體磁流體也稱磁性液體,是由磁性超細微粒包覆一層長鏈的有機表面活性劑,高度瀰散於一定基液中形成。它可以在外磁場的作用下整體運動,因此具有其他液體沒有的磁控特性。磁性微粒可以是鐵氧體類如γ-fe2o3、fe3o4 、mefe2o4(me=co、ni、mn、zn)等,或金屬系如ni、co、fe等金屬微粒及其它們的合金。

此外還有氮化鐵,因其磁性較強,故可獲得高飽和磁化強度。用於磁流體的載液有水、有機溶劑、合成酯、聚二醇等。

磁流體的應用很廣泛,涉及機械、工程、化工、醫藥等多個領域,特別是在高、精、尖技術上的應用。傳統的磁流體產品,如密封、阻尼器和揚聲器在一些國家已經有了很好的工業應用。在最近幾年,又出現了新的應用,如磁流體感測器、熱傳遞裝置、藥品輸送以及能量轉換等。

隨著高效能的氮化鐵磁流體的研製成功和批量生產,這種新型磁流體在宇宙儀器、揚聲器等震動吸收裝置、緩衝器、汽車懸掛裝置以及太陽黑子、地磁、火箭和受控熱核反應等方面的應用,無疑為磁流體的開發拓寬了廣闊的思路,也為其發展展現了無限的前景;磁流體在生物磁學中的應用,也為人類探索生命奧秘,攻克危害人類的疾病提供了新的手段。

奈米技術是本世紀前20年的主導技術,奈米材料是奈米技術的核心,是21世紀最有前途的材料,也是奈米技術的應用基礎之一。奈米科技的發展給傳統磁性產業帶來了跨越式發展的重大機遇和挑戰,奈米級磁性材料的開發和研究是磁性材料發展的乙個必然方向,但同時也應重視用奈米技術改造傳統產業和對現有材料進行奈米改性方面的研究,以全面提高企業的技術水平和競爭能力,在世界民族之林樹立中華民族的大旗。

奈米材料在環境保護方面的應用進展要點

一 奈米材料在環境保護方面的最新應用進展1雜訊汙染控制 飛機 車輛 船舶等發動機工作的雜訊可達到上百分貝,容易對人造成危害,但當機器裝置等被奈米技術微型化以後,其互相撞擊 磨擦產生的交變機械作用力將大為減小,雜訊汙染可得到有效控制。運用奈米技術開發的潤滑劑,既能在物體表面形成永久性的固態膜,產生極好...

關於高分子材料在醫學方面的應用現狀

作者 張雁靈 科學與財富 2018年第35期 摘要 作為一種新興的材料應用技術,高分子載體物質隨著藥物研究的發展推進被應用於臨床的給藥途徑。其本身所具有的與生物機體的融合性 廢棄後 處理的可降解性,以及可以調節的降解速度都為其臨床應用和加工處理提供了良好的基礎,也為新型藥物的創新應用提供了更多的可嘗...

語句在結構方面的作用

語句或段落的作用 在閱讀題中,經常會出現一些考題,請欣賞某乙個句子並說出它的作用,此時好些學生找不到切入點.其實很簡單,句子的作用要考慮兩方面的作用 一 語句在文章篇章結構上的作用 總起全文 引起下文 打下伏筆 作鋪墊 承上啟下 過渡 前後照應 首尾呼應 總結全文 點題 推動情節發展 二 語句在表情...