纳米材料的磁学性能
纳米材料思考题
纳米材料思考题1【1】简述纳米材料具有的几种纳米效应。
【2】半导体纳米晶表现出随尺寸减小吸收和发射光谱蓝移的现象，解释这是由于哪种纳米效应引起的。
【3】简述扫描隧道电子显微镜（STM）是基于哪种纳米效应及工作原理。
【1】(1)小尺寸效应：当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性质的变化称为小尺寸效应。
(2)表面效应：指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。
(3)量子尺寸效应：是指当粒子尺寸下降到某一数值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽的现象。
当能级的变化程度大于热能、光能、电磁能的变化时，导致了纳米微粒磁、光、声、热、电及超导特性与常规材料有显著的不同。
(4)宏观量子隧道效应：当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。
近年来，人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等亦有隧道效应，称为宏观的量子隧道效应。
【2】半导体纳米晶表现出随尺寸减小吸收和发射光谱蓝移的现象，是由量子尺寸效应引起的。
对于半导体纳米晶材料来说，当该纳米晶的颗粒的尺寸逐渐减小到该对应材料激子的波尔半径时，便会出现的量子尺寸效应。
根据能带理论，当某种合成的材料的尺寸已经低于某个临界值时，电子在该材料中的运动便一定会受到某种三维的限制，即电子的能量在三个不同的维度方向上的量子化。
这种三维的限制，导致该材料中的电子运输无论是在距离上还是维度上都受到了极大的限制，而该材料中的电子的平均自由程便无疑所以由于在该纳米晶材料中的载流子（即电子或者空穴）在纳米晶材料中的运动受到了很多限制，从而导致了其载流子动能的增加，进而相应的能带的结构，也从体相的连续的能带式结构，改变成为了类似于分子的准分裂的能级结构。
纳米材料的优点和不足
纳米材料的优点和不足
纳米材料是一种具有特殊结构和性能的材料，其在各个领域都有着广泛的应用。
在本文中，我们将探讨纳米材料的优点和不足，以期更好地了解这一新兴材料的特性。
首先，让我们来看一下纳米材料的优点。
纳米材料具有独特的物理、化学和生
物学特性，这使得它在许多领域都有着重要的应用。
例如，纳米材料具有较大的比表面积和较高的表面能，这使得它在催化、吸附和储能等方面具有独特的优势。
此外，纳米材料还具有优异的光学、电学和磁学性能，这使得它在光电子器件、传感器和信息存储等领域具有广阔的应用前景。
另外，纳米材料还具有优异的力学性能，如高强度、高韧性和高塑性，这使得它在材料强化、纳米复合材料和纳米机械等方面具有重要的应用价值。
然而，纳米材料也存在一些不足之处。
首先，由于纳米材料具有较大的比表面积，这使得它在制备和加工过程中容易受到表面能的影响，从而导致其稳定性较差。
其次，纳米材料的制备和加工技术相对较为复杂，这增加了其生产成本和技术门槛。
此外，纳米材料的环境和生物相容性也是一个较大的挑战，这限制了其在生物医学和环境保护等领域的应用。
另外，纳米材料的安全性和毒性也是一个备受关注的问题，这需要我们对其进行深入的研究和评估。
综上所述，纳米材料具有许多优点，如独特的物理、化学和生物学特性，以及
广泛的应用前景。
然而，纳米材料也存在一些不足之处，如制备和加工技术的复杂性、稳定性和安全性的挑战等。
因此，我们需要在深入研究纳米材料的基础上，充分发挥其优点，同时克服其不足，以期更好地推动纳米材料在各个领域的应用和发展。
磁靶向;纳米材料-概述说明以及解释
磁靶向;纳米材料-概述说明以及解释1.引言1.1 概述磁靶向技术是指利用磁性材料在外加磁场的作用下，将药物或其他治疗物质定向传递到特定位置的一种方法。
纳米材料是具有纳米级尺寸（1-100纳米）的材料。
本文将探讨磁靶向和纳米材料的原理、应用以及它们在医学和其他领域中的潜在作用。
磁靶向利用外加磁场的作用将药物或治疗物质导向目标位置。
通过将药物或治疗物质与磁性纳米颗粒结合，可以利用磁性纳米颗粒在磁场的引导下定位到目标区域，实现准确的治疗。
这种技术不仅可以提高药物传递的精确性，还可以减少对正常组织的副作用，从而提高治疗效果。
纳米材料具有许多独特的特性，使其成为磁靶向技术的优秀载体。
首先，纳米材料的小尺寸使其具有较大比表面积，有利于药物的载荷和释放。
此外，纳米材料具有较高的化学活性和生物相容性，可以与药物或其他治疗物质进行有效的结合，并减少对机体的毒性影响。
磁靶向和纳米材料在医学领域中具有广泛的应用前景。
例如，在癌症治疗中，磁靶向可以将化疗药物定向传递到肿瘤细胞，减少对正常细胞的伤害。
另外，纳米材料还可以用于影像学诊断，通过结合造影剂，可在磁共振成像或X射线检查中提供更清晰的图像。
除了医学领域，磁靶向和纳米材料还在环境治理、能源存储和传递等领域有着广泛的应用。
例如，在水污染治理中，纳米材料可以作为吸附剂去除有害物质。
在能源存储方面，纳米材料可以用于超级电容器和锂离子电池等高性能能源设备的制备。
综上所述，磁靶向技术和纳米材料在医学领域和其他领域中具有巨大潜力。
它们的结合将为药物传递和治疗提供新的思路和方法。
本文将进一步探讨磁靶向和纳米材料的原理、应用以及未来的发展方向。
文章结构部分的内容如下:1.2 文章结构本文按照以下几个部分展开讨论磁靶向和纳米材料的相关内容:2. 正文: 这一部分将详细介绍磁靶向和纳米材料的概念、原理、特性以及应用。
首先，我们将深入探讨磁靶向技术的原理，包括磁靶向技术的基本原理和作用机制。
纳米材料物理化学性质
第四章纳米材料的物理化学性能纳米微粒的物理性能第一节热学性能※1.1. 纳米颗粒的熔点下降由于颗粒小，纳米颗粒的表面能高、比表面原子多，这些表面原子近邻配位不全，活性大以及体积远小于大块材料的纳米粒子熔化时所需要增加的内能小得多，这就使纳米微粒熔点急剧下降。
金的熔点：1064o C；2nm的金粒子的熔点为327o C。
银的熔点：960.5o C；银纳米粒子在低于100o C开始熔化。
铅的熔点：327.4o C；20nm球形铅粒子的熔点降低至39o C。
铜的熔点：1053o C；平均粒径为40nm的铜粒子，750o C。
※1.2. 开始烧结温度下降所谓烧结温度是指把粉末先用高压压制成形，然后在低于熔点的温度下使这些粉末结合成块，密度接近常规材料的最低加热温度。
纳米颗粒尺寸小，表面能高，压制成块材后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面中的孔洞收缩，空位团的湮灭，因此，在较低的温度下烧结就能达到致密化的目的，即烧结温度降低。
※1.3. NPs 晶化温度降低非晶纳米颗粒的晶化温度低于常规粉末，且纳米颗粒开始长大温度随粒径的减小而降低。
※熔点降低、烧结温度降低、晶化温度降低等热学性质的显著变化来源于纳米材料的表（界）面效应。
第二节电学性能2.1 纳米金属与合金的电阻特性1. 与常规材料相比，Pd纳米相固体的比电阻增大；2. 比电阻随粒径的减小而逐渐增加；3. 比电阻随温度的升高而上升4. 随粒子尺寸的减小，电阻温度系数逐渐下降。
电阻的温度变化规律与常规粗晶基本相似，差别在于温度系数强烈依赖于晶粒尺寸。
随着尺寸的不断减小，温度依赖关系发生根本性变化。
当粒径为11nm时，电阻随温度的升高而下降。
5. 当颗粒小于某一临界尺寸时（电子平均自由程），电阻的温度系数可能会由正变负，即随着温度的升高，电阻反而下降（与半导体性质类似）.电子在晶体中传播由于散射使其运动受阻，而产生电阻。
※纳米材料的电阻来源可以分为两部分：颗粒组元（晶内）：当晶粒大于电子平均自由程时主要来自晶内散射界面组元（晶界）：晶粒尺寸与电子平均自由程相当时，主要来自界面电子散射•纳米材料中大量的晶界存在，几乎使大量电子运动局限在小颗粒范围。
纳米是什么材料
纳米是什么材料纳米材料是一种特殊的材料，由纳米颗粒组成。
纳米颗粒的尺寸通常小于100纳米，也就是说，它们的大小比人体细胞还要小好几倍。
这种特殊的尺寸使纳米材料具有一些独特的性质和应用。
首先，纳米材料具有巨大的比表面积。
由于纳米颗粒的尺寸非常小，相同质量的纳米颗粒比普通微米颗粒的总表面积要大得多。
这使纳米材料在化学反应和吸附等方面具有更高的效率。
例如，纳米银颗粒可以更好地抑制细菌生长，因为其大比表面积可以提供更多的接触点。
其次，纳米材料具有特殊的光学、电子和磁学性质。
由于其尺寸与光的波长处于同一个数量级，纳米材料可以在光学上表现出许多独特的现象，如表面等离子共振和量子限制效应。
在电子和磁学方面，纳米颗粒的尺寸和形状可以改变其电子能级结构和磁性行为，从而产生新的现象和应用。
另外，纳米材料还具有优异的力学性能。
由于其尺寸小于普通材料的晶格尺寸，纳米颗粒具有更高的塑性变形能力和强度。
这使得纳米材料在制备超强材料和改善机械性能方面具有广泛的应用前景。
纳米材料具有许多潜在的应用领域。
在医学领域，纳米材料可以用于药物传递和医学影像。
纳米颗粒可以包裹药物，使其更好地靶向病变组织，并提高药物的疗效。
同时，纳米颗粒还可以用于改善医学影像技术，如纳米磁性材料可以通过磁共振成像来检测疾病。
在能源领域，纳米材料可以用于太阳能电池、燃料电池和储能设备等。
纳米材料的高比表面积和光吸收特性使其在太阳能电池中具有更高的转换效率。
此外，纳米材料还可以作为触媒材料，提高燃料电池的性能。
在环境保护领域，纳米材料可以用于水处理和空气净化等方面。
纳米颗粒的特殊表面性质使其具有吸附、催化和分解污染物的能力，从而有效地净化水和空气。
总之，纳米材料是一种具有特殊尺寸和性质的材料，具有广泛的应用前景。
随着纳米技术的发展和研究的深入，纳米材料将在各个领域发挥重要作用，推动科技和社会的进步。
磁性纳米材料的合成与特性分析
磁性纳米材料的合成与特性分析在当今的科学研究领域中，磁性纳米材料因其独特的物理和化学性质，成为了材料科学中的一个热门研究方向。
磁性纳米材料具有超顺磁性、高矫顽力、低居里温度等特性，在生物医学、电子信息、环境保护等众多领域都展现出了广阔的应用前景。
本文将重点探讨磁性纳米材料的合成方法以及对其特性的分析。
一、磁性纳米材料的合成方法1、化学共沉淀法化学共沉淀法是制备磁性纳米材料最常用的方法之一。
其基本原理是将含有二价和三价铁离子的盐溶液在一定条件下混合，通过加入碱液使金属离子沉淀，经过一系列的处理得到磁性纳米粒子。
这种方法操作简单、成本低，但所制备的纳米粒子尺寸分布较宽，且容易团聚。
2、水热合成法水热合成法是在高温高压的水热条件下，使反应物在水溶液中进行反应生成纳米材料。
该方法可以有效地控制纳米粒子的尺寸和形貌，所制备的磁性纳米粒子结晶度高、分散性好，但反应条件较为苛刻，对设备要求较高。
3、热分解法热分解法通常是在高沸点有机溶剂中，将金属有机前驱体在高温下分解，得到磁性纳米粒子。
这种方法能够制备出尺寸均匀、单分散性好的纳米粒子，但所用的前驱体往往较为昂贵，且反应过程中需要严格控制温度和气氛。
4、微乳液法微乳液法是利用微乳液体系中的微小“水池”作为反应场所，控制纳米粒子的成核和生长。
该方法可以制备出粒径小且分布均匀的磁性纳米粒子，但微乳液的制备和后续处理较为复杂。
二、磁性纳米材料的特性1、磁学特性磁性纳米材料的磁学特性是其最重要的性质之一。
当纳米粒子的尺寸小于一定值时，会出现超顺磁性现象，即在没有外加磁场时，纳米粒子的磁性消失，而在外加磁场作用下，表现出较强的磁性。
此外，磁性纳米材料的矫顽力、饱和磁化强度等参数也会随着粒子尺寸、形状和晶体结构的变化而改变。
2、表面特性由于纳米粒子的比表面积大，表面原子所占比例高，因此表面特性对磁性纳米材料的性能有着重要影响。
表面活性剂的修饰可以改善纳米粒子的分散性和稳定性，同时也可以赋予其特定的功能，如生物相容性、靶向性等。
纳米材料有哪四个特性
纳米材料有哪四个特性纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围（1nm~100nm）或由他们作为基本单元构成的材料。
这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。
例如粒子直径为10纳米时，微粒包含4000个原子，表面原子占40%；粒子直径为1纳米时，微粒包含有30个原子，表面原子占99%。
纳米材料的基本特性由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。
纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面原子占相当大的比例。
随着粒径减小，表面原子数迅速增加。
这是由于粒径小，表面积急剧变大所致。
由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其它原子结合。
例如：金属的纳米粒子在空气中会燃烧，无机的纳米粒空子暴露在空气中会吸附并与气体进行反应。
纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。
随着粒径变小，表面原子所占百分数将会显著增加。
当粒径降到1nm时，表面原子数比例达到约90%以上，原子几乎全部集中到纳米粒子表面。
由于纳米粒子表面原子数增多，表面原子配位数不足和高的表面能，使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很高的化学活性。
2、小尺寸效应当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏；非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电磁、热力学等待性呈现新的小尺寸效应。
例如：光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移；磁有序态向磁无序态的转变；超导相向正常相的转变；声子谱发生改变等由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。
11.1 磁性纳米材料
磁性纳米材料磁性纳米材料具有广泛的应用，已成为当今材料科学领域的研究热点之一。
磁性纳米材料与常规的磁性材料不同，主要原因是其与磁性相关的特征物理量也是处于纳米量级，如超顺磁性临界尺寸、磁交换作用长度等大致处于1-100 nm量级。
近年来，磁性纳米材料在催化、环境保护、航空航天、生物工程/生物医药、核磁成像等领域引起了科研工作者的广泛兴趣。
纳米材料因其小尺寸效应和表面效应，使得磁性纳米材料表现出不同于常规磁性材料的性质。
这是因为与磁性相关的特征物理参数恰好处于纳米量级，例如，磁单畴尺寸、超顺磁性临界尺寸等大致都处于纳米量级。
1 磁性纳米材料分类常用的磁性材料可分为三类：第一类为单体，如单纯的铁、钴、镍等；第二类为合金，如铁镍合金、铁铝合金等；第三类为氧化物，如氧化钴、四氧化三铁等。
这其中，用的最多的是四氧化三铁(Fe304)，因为它具有粒径小、灵敏度高、毒性低、性能稳定、原材料易得等优势。
随着纳米材料科学与技术的发展，磁性Fe304纳米材料的应用开发越发引起人们的关注，特别是在生物医学领域的应用潜力巨大。
2 磁性纳米材料的特性当磁性材料粒径小到一定值时，它的磁学性质会发生很大变化。
磁性纳米材料通常包括纳米晶软磁材料、纳米晶永磁材料，室温下即可呈现为超顺磁性的磁性纳米粒子。
纳米晶软磁材料主要应用于变压器和电磁屏蔽等领域；纳米晶永磁材料主要用于信息记录、磁致冷、微电动机等领域；具有超顺磁性的磁性纳米粒子应用较为广泛，例如，环境保护、生物医学、磁性分离、锂离子电池、磁流体及磁光晶体等领域。
与磁性相关的单畴临界尺寸和超顺磁临界尺寸等特征物理长度均处于纳米数量级，而通过合成磁性纳米粒子的尺寸与这些特征的临界尺寸相当，因此磁性纳米粒子可以表现出不同于其它磁性材料的磁学性质。
2.1 单磁畴在强磁性材料中，由于材料体相的交换能、反磁场能、磁弹性能等各种能量的相互作用，使得材料体相被分成许多磁矩规则排列的小室(约10-14m3)，这些小室就被称为磁畴。
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致超顺磁性。
精品课件
超顺磁性
微粒体积 足够小时
热运动能对微粒自发 磁化方向产生影响
超顺磁性
超顺磁性可定义为：当一任意场发生变化后， 磁性材料的磁化强度经过时间 t后达到平衡态的现象。
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当铁磁质达到磁饱和状态后，如果减小磁化 场强H，介质的磁化强度M（或磁感应强度B） 并不沿着起始磁化曲线减小，M（或B）的变 化滞后于H的变化。这种现象叫磁滞。
d:54nm
c:23nm
b:13nm
a:8nm
不同晶粒铁酸镍的磁化曲线
图中纵坐标为比饱和磁化强度，横坐标为比表面积。a、b、c、d 分别代表晶粒为8、13、23和54nm的样品。由图可知，样品的比饱和磁 化强度随着晶粒尺寸的减小而急剧下降。图中样品a、b、c、d的比表 面积分别为153.5、103.2、55.8和23.7 m2/g，因此，晶粒越小，比表 面积越大，减小得越多。因此庞大精品的课表件 面对磁化是非常不利的。
引起
材料电
阻率的 变化
磁电阻或
磁阻效应 （MR）
M RR (R 0)(H)( 0)(0)
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普通材料的磁阻效应很小。
如：工业上有使用价值的坡莫尔合金的各向异性 磁阻（AMR）效应最大值也末突破2.5％。
1988年，Baibich等人在由Fe、Cr交替沉积而形成 的纳米多层膜中发现了超过50％的MR，且为各向
V40kBTK
K:材料的各向异性常数， 对于典型的薄膜记
录介质，其有效各向异性常数Keff=0.2J/cm3。在室温
下，微粒的体积应大于828nm3，对于立方晶粒，其边 长应大于9nm。此外，超顺磁性是制备磁性液体的条
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饱和磁化强度、居里温度与磁化率
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铁磁质的磁化
当全部磁畴都沿外磁场方向时，铁磁质的磁化就达到 饱和状态。
之间的关系，图 中同时给出了剩 磁比 MR Ms
与D的关系。
微粒的矫顽力HC与直径D的关系(尺寸效应)
当 D>Dcrit时，粒子为多畴，其反磁化为畴壁位移过程，HC相对较小；
当D<Dcrit 时，粒子为单畴； 当dcrit<D<Dcrit 时，出现非均匀转动， HC 随D的减小而增大；
当dth<D<dcrit 时，出现均匀转动区， HC 达极大值； 当D<dth 时，HC 随D的减小而急剧降低，这是由于热运动能KBT大于磁化
与
它所含的总
电子数的
密
奇偶性
切
相
温度
关
每个微粒所含的电子数可为奇或偶。
一价简单金属微粒，一半粒子的电子数为奇，另一半 为偶； 两价金属粒子的传导电子数为偶。
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电子数为奇或偶数的粒子的磁性有不同的 温度特点和尺寸规律
电子数为奇数的粒子，磁化率服从居里-外斯定律：
χ =C/(T-Tc) 磁化率与温度成反比
而我们知道，如果想要制造容量越来越大、体积越来越小的硬盘，必须解决如何
将弱小的磁信号变化放大为清晰的电信号的棘手问题。借助“巨磁电阻”效应，
人们能够制造出更加灵敏的数据读出头，将越来越弱的磁信号读出来后因为电阻
的巨大变化而转换成为明显的电流变化，使得大容量的小硬盘成为可能。 2007
年诺贝尔物理奖得主的获奖成果，离我们是如此之近。在我们背包中的笔记本电
主要原因。随着自发极化区域尺度的减小，表/界面所
占的体积分数增加，活性增大，材料抵抗外场的能力下
降，表现在居里温度的降低。
T c 的下降对于纳米磁性精品材课件料的应用是不利的。
图. 钆纳米晶体中居里温度改变值随平均晶粒尺寸的变 化
D. Michels et al. Journal of Magnetism and Magnetic Materials.2002,250,203.精品课件
脑里，在我们口袋中的音乐播放器里，我们都能分享到这一伟大成果所带来的福
祉。
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目前，已发现具有GMR效应的材料主要有多层膜、自旋 阀、颗粒膜、非连续多层膜、氧化物超巨磁电阻薄膜等五大 类。GMR, CMR, TMR效应将在小型化和微型化高密度磁记录读 出头、随机存储器和传感器中获得应用。
其尺寸范围在几十至
几百纳米。
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晶粒尺寸
相当于单 畴的尺寸
当晶粒尺寸大于单畴尺寸时，矫顽力HC与平均晶粒尺 寸D的关系为：
Hc C D
式中C是与材料有关的常数。纳米材料的晶粒 尺寸大于单畴尺寸时矫顽力亦随晶粒的减小而增加， 符合上式。
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当纳米材料的晶粒尺寸小于某一尺寸后， 矫顽力随晶粒的减小急剧降低。此时矫顽力与 晶粒尺寸的关系为：
同性，负效应，这种现象被称为巨磁电阻 （Giant Magnetoresistance，GMR）效应。
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1992年，Berkowitz等人在Cu-Co等颗粒膜中也观察到GMR效应。 1993年，Helmolt等人在类钙钛矿结构的稀土Mn氧化物中观察
到ΔR/R可达103~106的超巨磁阻效应，又称庞磁阻效（CMR）。
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磁单极存在吗？
磁性粒子通常总是以偶极子（南 北两极）的形式成对出现，把一 根磁棒截成两段，可以得到两根 新磁棒，它们都有南极和北极。 事实上，不管你怎样切割，新得 到的每一段小磁铁总有两个磁极。
磁和电有很多相似之处。例如， 同种电荷互相推斥，异种电荷互 相吸引；同名磁极也互相推斥， 异名磁极也互相吸引。正、负电 荷能够单独存在，单个磁极能不 能单独存在呢？
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处于超顺磁状态的材料具有两个特点：
1）无磁滞迴线 2）矫顽力等于零
材料的尺寸是该材料是否处于 超顺磁状态的决定因素，而超 顺磁性具有强烈的尺寸效应。 同时，超顺磁性还与时精品间课件和温度有关。
Co-Cu合金中富Co粒子的磁化曲线， 显示该粒子处于超顺磁态。
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超顺磁性限制对于磁存贮材料是至关重要 的。如果1bit的信息要在一球形粒子中存贮10年， 则要求微粒的体积
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例如：纳米丝
由于长度和直径比（ (L/d) ）很大，
具有很强的形状各向异性。 当其直径小于某一临界值时，
在零磁场下具有沿丝轴方向磁化的特性。
有限长度的原子链在低温条国研究人员发现纳米金刚石具有磁性.
矫顽力、饱和磁化强度、居里温度等 磁学参数都与晶粒尺寸相关。
饱和磁化强度Ms等于每个精品磁课件畴中原来的磁化强度。
微米晶的饱和磁化强度对晶粒 或粒子的尺寸不敏感。
然而当尺寸降到20nm或以下时， 饱和磁化强度将如何变化？
由于位于表面或界面的原子占据相当大的比例， 而表面原子的原子结构和对称性不同于内部的原子， 因而将强烈地降低饱和磁化强度 。
例如6nm Fe的Ms比粗晶块体Fe的Ms降低了近40％。 精品课件
3.4纳米材料的磁学性能
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3.4.1 磁学性能的尺寸效应
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磁性是物质的基本属性
地球磁场 地球就是一块巨大的磁铁，它的N极在地理 的南极附近，而S极在地理的北极附近。
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磁性材料是古老而年轻的功能材料
司南利用天然磁石琢磨而成，重心位于底部正中，底盘光滑 ，四周刻有二十四向，使用时把长勺放在底盘上，用手轻拨 ，停下后长柄就指向南方
同时，由于一种被称为“交换作用”的机理，这些 原子磁矩之间被整齐地排列起来，整个物体也就有了磁性。
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磁学性能的尺寸效应
✓ 矫顽力 ✓ 超顺磁性 ✓ 饱和磁化强度、居里温度与磁化率
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磁学性能的尺寸效应
晶粒尺寸
进入纳米 范围
磁性材料的磁学 性能具有明显尺
寸效应
使 得
纳米材料具有许多粗晶或微米 晶材料所不具备的磁学特性。
对GMR的研究工作，在不长的时间内取得了令人瞩目的研究成 果，1995年美国物理学会已将GMR效应列为当年凝聚态物理中 五个研究热点的首位。
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法国
德国 Peter Grünberg
Albert Fert
2007年诺贝尔物理奖——巨磁电阻。 “巨磁电阻”效应，也就是指在一
个巨磁电阻系统中，非常弱小的磁性变化就能导致巨大的电阻变化的特殊效应。
图中纵坐标为 居里温度下降值 （TC纳米晶体- TC 粗晶），由图可见 随钆纳米晶体平均 晶粒尺寸的减小， 居里温度呈线性下 降趋势。
什么是磁化率？
在宏观上，物体在磁场中被磁化的强度M与磁场 强度H有关，M=χH，χ为磁化率，是一个无量纲常数。
顺磁性物质
与 尺
寸
无
铁磁性物质
关
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纳米微粒
的磁化率
顺磁性，磁体的磁 场很容易随周围磁 场的改变而改变。
居里温度是指材料可以在铁磁体和顺磁体之间 改变的温度。
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纳米材料通常具有较低的居里温度
例如：70nmNi的居里温度比粗晶Ni的低40℃。
反例：直径在2～25nm时MnFeO4微粒的居里温度升高。
纳米材料中存在的庞大的表面或界面是引起 T c 下降的
Hc C"D6
式中C”为与材料有关的常数。该公式关系与
实测数据符合很好。 例如：
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6
Fe基合金矫顽力HC与晶粒尺寸D的关系 精品课件
Fe和Fe-Co微粒磁性的尺寸效应
（a）Fe
（b）精Fe品-课C件o
左图补充了Fe和 Fe-Co合金微粒 在1～1000 nm范
围内矫顽力HC与 微粒平均尺寸D
精品课件
什么是居里温度？
对于所有的磁性材料来说，并不是在任何温度下 都具有磁性。
一般地，磁性材料具有一个临界温度Tc（居里
温度）。