新一代磁材料.氮化铁
氮化铁(α″-Fe16N2)的制备与磁性研究
再经 回火 处 理 ， 氮 的 有 序 化 出现并 形 成 一 种 新 则
相， 这就是 ｎ相 ， ｎ 一Ｆ 即 ” ｅＮ ．
１ ａ 一Ｆ １ ２ 制备 ， ｅＮ 的 ， ６ ，
将 ２ｇ ０ 左右粒 度在 ６—９ ｎ的铁粉平 铺于石 英 ｔ ａ 试管 的底部 ， 将石 英 试 管放 置 在恒 温 炉 内 ， 试 管 将 内的空气 驱 走 ， 后 加 热 将 炉 温 升 至 ４０Ｃ， 此 然 ５￣ 与
同时通 人 氢气 还原 铁 粉 ． 氢化 还原 约 ２小 时左 右 ，
中还未 发现 ， 但块 状 Ｆ 的饱和磁感 应强 度理 论 ｅＮ
上也 应达 到 ２ ５ ． 状 Ｆ １ 具 有 很 高 的 饱 和 磁 ．Ｔ 块 ｅ
感 应强 度 ， 以预计它 在理论 和应用 中将产 生 巨大 可
影响 ， 例如 它 的磁特性 有可 能提高 目标 特征 控制 材
料 ， Ｈ和 ２ 其流量 比例约 为 Ｎ Ｈ／
Ｈ ＝１９ ２ ／ 同 时升 温 至 ６０～６ ０Ｃ， 持在 此 条 ６ ７￣ 保
当Ｎ， Ｈ Ｈ 和 的混 合 物通 入 铁 粉 或 薄膜 在 高 温下 进行 加热 时 ， 形成 多 相 氮化 物 ． 中之 一 就 是 其
磁性氮化铁的制备及在磁性材料中的应用
磁性氮化铁的制备及在磁性材料中的应用磁性材料广泛应用于电子、机械、制造、医疗等领域，在现代科技和日常生活中扮演着重要的角色。
其中，磁性氮化铁（Fe3N）由于具有高比磁导率、自旋极化和磁畴结构等特殊的磁学性质，成为了焦点研究的对象之一。
本文将介绍磁性氮化铁的制备方法及其在磁性材料中的应用。
一、磁性氮化铁的制备方法1. 气相沉积法气相沉积法是制备氮化铁晶体的一种常用方法。
首先，将氢气和氮气送入反应室中，并保持室内压力为10^-4压。
接着，在反应室中加热金属铁，生成Fe原子。
Fe原子与氮气反应后生成Fe3N晶体，沉积在基底上。
2. 溶液化学合成法溶液化学合成法还包括凝胶法和共沉淀法等方法。
其中，凝胶法是制备氮化铁颗粒的一种有效方法。
凝胶法的主要步骤是：首先，在溶液中溶解铁盐和氨水，形成混合物；然后加热混合物并搅拌，直到形成凝胶状物；接着，将凝胶样品进行焙烧，使其转化为均匀晶体。
3. 微波炉合成法微波炉合成法是一种快速、高效的氮化铁制备技术。
利用微波炉的高温和高压作用下，将铁粉和氨气混合在一起，并在微波炉中加热，直到化合物形成。
这种方法可以制备出晶粒均匀、纯度高的氮化铁材料。
二、磁性氮化铁在磁性材料中的应用磁性氮化铁作为一种特殊的磁性材料，具有一些独特的应用。
下面，我们将介绍磁性氮化铁在三个方面的应用。
1. 磁性氮化铁在磁记录媒介中的应用随着信息技术的快速发展，磁记录媒介已经成为了信息存储的主要手段。
氮化铁由于具有高饱和磁化强度和高磁畴壁能量，可以在磁记录媒介中发挥重要作用。
例如，磁性氮化铁薄膜可以作为高密度存储材料存储大量数据，满足对高速数据存储的需求。
2. 磁性氮化铁在催化剂中的应用研究表明，磁性氮化铁具有良好的催化性能。
由于其独特的电子结构和表面化学性质，氮化铁可以作为一种高效的催化剂，应用于各种反应过程中。
例如，磁性氮化铁可以作为电池电极、催化剂、酶标记和分子探针等材料，应用于化学和生物学等领域。
纳米氮化铁-概述说明以及解释
纳米氮化铁-概述说明以及解释1.引言概述：纳米氮化铁是一种具有特殊结构和性质的纳米材料，具有较大的比表面积和高度的反应活性。
随着纳米科技的发展，纳米氮化铁在环境治理和医药领域的应用逐渐受到关注。
本文将从纳米氮化铁的特性、在环境治理中的应用以及在医药领域的潜力等方面进行探讨，旨在全面了解纳米氮化铁的优势和潜力，展望其在未来的发展前景。
章1.1 概述部分的内容1.2 文章结构：本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，将对纳米氮化铁进行概述，介绍文章的结构和目的。
在正文部分，将详细探讨纳米氮化铁的特性，以及其在环境治理和医药领域中的应用。
最后在结论部分，总结纳米氮化铁的优势，展望其未来发展，并给出结束语，为全文做一个完整的总结。
整篇文章将围绕纳米氮化铁展开，从不同角度深入探讨其在各个领域中的重要作用和未来发展前景。
文章1.3 目的部分的内容如下：本文旨在深入探讨纳米氮化铁的特性、在环境治理和医药领域中的应用以及其未来发展趋势。
通过对纳米氮化铁的研究和应用进行全面的介绍，旨在促进对这一新型材料的深入了解，并为其在环境和医药领域的应用提供参考。
同时，通过分析纳米氮化铁的优势和潜力，展望其在未来的发展方向，为相关领域的研究和实践提供新的思路和启示。
希望本文能够为读者提供有益的信息，引发更多对纳米氮化铁及其应用领域的关注和讨论。
2.正文2.1 纳米氮化铁的特性纳米氮化铁是一种具有独特性质和功能的材料，其主要特性包括但不限于以下几个方面：1. 纳米尺度结构：纳米氮化铁的颗粒大小通常在10-100纳米之间，具有较高的比表面积和更多的活性位点，使其具有优异的催化和吸附性能。
2. 纳米结构稳定性：相比于传统氮化铁材料，纳米氮化铁在环境中具有更高的稳定性和耐用性，能够长时间稳定地保持其性能，不易发生烧结或析出。
3. 磁性能：纳米氮化铁作为一种铁磁材料，具有较强的磁性，可以通过外加磁场进行方便地回收和再生，适用于吸附和分离等应用。
氮化铁制备及产业链
氮化铁制备及产业链
氮化铁是一种新型的材料，具有优异的物理和化学性质，因此在许多领域都有广泛的应用。
氮化铁的制备及产业链也逐渐形成，为推动我国高新技术产业的发展做出了重要贡献。
氮化铁的制备方法有多种，其中最常用的是化学气相沉积法和物理气相沉积法。
化学气相沉积法是将铁源和氮源在高温下反应，生成氮化铁薄膜。
物理气相沉积法则是利用高能离子束轰击铁靶，使铁原子与氮原子结合形成氮化铁薄膜。
这两种方法都具有高效、低成本、易于控制等优点，因此在氮化铁的制备中得到广泛应用。
氮化铁的产业链主要包括原材料供应、氮化铁制备、氮化铁应用等环节。
原材料供应环节主要是指铁源和氮源的供应，这些原材料的质量和稳定性对氮化铁的制备和应用都有着重要的影响。
氮化铁制备环节则是指将原材料进行反应，制备出氮化铁薄膜或氮化铁粉末等产品。
氮化铁应用环节则是指将氮化铁应用于各个领域，如电子、光电、能源等领域。
氮化铁的应用领域非常广泛，其中最为重要的是电子领域。
氮化铁具有优异的电学性能和磁学性能，因此在电子器件中得到广泛应用。
例如，氮化铁薄膜可以用于制备磁隧道结构，这种结构可以用于制备高密度的磁存储器件。
此外，氮化铁还可以用于制备磁性传感器、磁性随机存储器等电子器件。
氮化铁的制备及产业链已经逐渐形成，为推动我国高新技术产业的发展做出了重要贡献。
随着氮化铁应用领域的不断扩大，相信氮化铁产业链将会更加完善，为我国经济的发展注入新的动力。
氮化铁永磁体和形成氮化铁永磁体的技术
氮化铁永磁体和形成氮化铁永磁体的技术氮化铁永磁体是一种新型的永磁材料，具有良好的磁性能和机械性能，被广泛应用于永磁动力电机、变频器、船舶发动机、电力系统和医疗设备等高科技领域。
目前，氮化铁永磁体已成为发展新型永磁材料技术的热点。
氮化铁永磁体是由铁基永磁材料经过氮化处理而成。
氮化是一种工艺，在固体铁基材料表面形成一层氮化膜，使铁基材料获得更好的磁性能和力学性能，为永磁材料提供了更多的可能。
氮化铁永磁体的制备技术有多种，主要有熔融氮化法、冷等离子体氮化法、金属助熔剂等离子体氮化法和氮原子辅助氮化法。
熔融氮化法是最常用的方法。
该方法利用了氮的共价结合，在高温和恒定的气压下，使氮原子和碳原子发生反应，形成氮化膜。
该方法的优点是体系简单、平稳可靠，但生成复杂的氮化膜结构和一定厚度的氮化膜难以实现。
冷等离子体氮化法是采用冷等离子体氮化装置制备氮化铁永磁体。
它主要是在室温下通过电子束和氮气分解，使氮气中氮原子向表面以小能量冲击来改性表面，使得氮原子能够深入到金属表面，从而形成氮化膜。
该方法可以快速生成氮化膜，具有较好的控制氮化膜的厚度的能力和优良的表面性能。
金属助熔剂等离子体氮化法是利用助熔剂作为掩蔽气体，在低温下改善表面氮化修饰过程，以便在低温下实现均匀、高效的氮化修饰。
它可以有效地减少反应所产生的化学污染物，减少热应力，或使室温氮化得以实现。
同时，它也可以提高表面的磁性特性。
氮原子辅助氮化法是一种新型氮化技术，其原理是将氮原子添加到金属基材中，以催化氮化反应而自发生成一层氮化膜，它的理论基础是金属-氮间反应。
它的优点是反应温度低，速度快，生成的氮化膜厚度均匀，表面光滑和磁性能好。
总之，氮化铁永磁体是一种新型的高效、绿色的永磁材料，它可以大大提高电机和变频器的效率和性能。
此外，对于氮化铁永磁体的制备技术，目前已经有熔融氮化法、冷等离子体氮化法、金属助熔剂等离子体氮化法和氮原子辅助氮化法可供选择。
氮化铁永磁体和形成氮化铁永磁体的技术
氮化铁永磁体和形成氮化铁永磁体的技术
永磁体是指在无外界磁场的情况下，具有恒定磁性的材料。
永磁体在电机、磁力传感器、电力计量等应用中具有广泛的应用。
常见的永磁材料有硬铁氧体、钕铁硼、钴磁钢等。
其中，钕铁硼通常被视为最优秀的永磁材料，但其生产过程极为复杂，并具有对环境和人
类健康造成的负面影响，因此近年来研究人员开始探索新的永磁材料。
氮化铁是一种新兴的永磁材料，具有良好的磁性能和高温稳定性。
与传统永磁材料相比，氮化铁可通过简单的化学反应制备，因此具有较低的制备成本和对环境的较小影响。
氮化铁永磁体在近年来得到了广泛的研究和应用。
形成氮化铁永磁体的技术主要包括气氛调节、烧结和后烧结处理三个步骤。
首先，在气氛调节过程中，需要将钢或铁材料经过预处理后置于氮气或氩气的保护下
进行加热，使其表面被氮化或氩化。
该处理过程可以促进后续的烧结过程，并产生一定的
磁性。
其次，在烧结过程中，需要将氮化或氩化的钢或铁材料，放置于保护气体流下的高温
炉中，烧结成为氮化铁。
该过程将使原本单纯的铁材料被包裹在一层氮化铁表面，形成一
种有机的氮化铁永磁体。
最后，在后烧结处理过程中，需要将烧结成的氮化铁永磁体放置于高温下进行再处理，使其磁性稳定性得到进一步提高，从而获得更高的磁性能。
总之，氮化铁永磁体是一种具有广阔应用前景的新型永磁材料。
通过气氛调节、烧结
和后烧结处理三个步骤制备而成。
其优点在于制备简单、成本低、节约资源，并对人类健
康和环境无负面影响。
氮化铁催化剂
氮化铁催化剂：从基础到应用的全方位解析氮化铁（FeNx）催化剂是一种新兴的催化剂类型，具有无毒、低
成本、可重复利用等优点，因此在有机合成、能源转化、环境保护等
领域中得到了广泛应用。
本文将从氮化铁催化剂的基础性质、催化反
应机理、制备方法和应用前景四个方面进行详细解析。
首先，氮化铁催化剂是一种复合材料，其基础性质与晶体结构密
切相关。
本文将通过分析氮化铁的晶体结构、电子结构和分子构型等
方面，深入探究其基础性质和物理化学性质。
其次，氮化铁催化剂在各种反应中都具有独特的催化性能，常被
用于有机合成、环境保护、能源转化等领域中，如催化剂在醛、酮和
酸的氧化、脱氧、羰基化等反应中具有良好的催化活性，催化剂在NOX 去除、有机废水处理和光、电催化制氢等方面也有很好的应用前景。
本文将深入探讨其催化反应机理和应用情况。
然后，氮化铁催化剂的制备方法也是研究重点之一。
本文将介绍
几种常用的制备方法，包括处理预氮化的铁屑、氰化钠作为源材料法、硝酸铁络合法、氨合成还原法，以及表面修饰等方法。
最后，本文将展望氮化铁催化剂在未来的应用前景，其中不仅包
括在应用领域的技术进展，也包括氮化铁催化剂的新型结构设计和制
备方法的改进，以及方便快捷的催化剂回收等方面的未来研究方向。
综上所述，本文将系统地介绍氮化铁催化剂的基础性质、催化反应机理、制备方法和应用前景，为相关领域的研究人员提供全方位的指导和借鉴。
氮化铁晶体
氮化铁晶体
氮化铁（FeN）是一种具有特殊晶体结构的化合物，由铁和氮元素组成。
它具有许多引人注目的特性和应用潜力。
氮化铁晶体具有优异的磁性性质。
由于其特殊的晶格结构，氮化铁晶体表现出高磁各向异性和高矫顽力，使其成为一种重要的磁性材料。
这些特性使得氮化铁在数据存储、传感器和电子器件等领域具有广泛的应用。
氮化铁晶体还具有良好的导电性能。
由于其晶格中存在着大量的自由电子，氮化铁可以作为一种优秀的导电材料。
这使得氮化铁在电池、电容器和电路等领域有着广泛的应用前景。
氮化铁晶体还具有良好的光学性能。
由于其特殊的能带结构，氮化铁晶体能够吸收和发射特定波长的光，因此在光电子器件和光通信等领域有着广泛的应用。
然而，尽管氮化铁晶体具有许多优异的特性，但其合成和制备仍然面临一些挑战。
目前，研究人员正在努力开发新的合成方法和改进制备工艺，以提高氮化铁晶体的质量和性能。
氮化铁晶体作为一种具有特殊晶体结构的化合物，具有独特的磁性、导电性和光学性能。
它在各个领域都有着广泛的应用前景。
随着研究的深入和技术的进步，相信氮化铁晶体将会在未来发挥更重要的作用，为人类带来更多的科技进步和创新。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
【新一代磁材料】（上）低铁损、高磁通密度的软磁性材料，可节约相当于7座火力发电站的电力
马达及变压器等处理强磁的装置要求采用可通过大磁通密度的材料。
而此前的材料存在磁场变化所产生的电损失（铁损）较大的缺点。
日本东北大学教授牧野彰宏等开发出的材料具备高饱和磁通密度和低铁损等超出以往常识的特性。
如果在日本的所有马达及变压器上均使用这种材料，可节约相当于7座火力发电站的电力。
由日本东北大学开发并于2010年7月发表的“低损失高磁通密度纳米结晶软磁性材料*”，通过调整以往纳米结晶材料的成分，获得了可实现低铁损*和高饱和磁通密度*的特性。
通过同时实现低铁损和高饱和磁通密度，有望在大功率设备上发挥出色的节能效果。
*软磁性材料＝顽磁力小，导磁率大的磁性材料。
*铁损＝在磁性材料周围卷绕线圈，并在线圈中流过交流电流，使磁性材料磁化时消耗的电能。
*饱和磁通密度＝材料可通过的极限磁通量。
即使以超过这一数值的磁通密度施加磁场，也无法获得饱和磁通密度值以上的磁通量。
该材料按重量比含铁93～94％。
在构造上，10nm左右的α铁（α-Fe）粒子周围具有非磁性层（图1）。
非磁性层的成分使用硅（Si）、硼（B）、磷（P）、铜（Cu）等普通元素，不含稀有金属，因此受材料价格高涨的影响较小。
图1：实现低铁损和高饱和磁通密度的纳米结晶材料
采用以P及Cu等的合金的非晶包围10nm左右的α-Fe结晶的构造。
可从非晶状态
下通过热处理器来制造。
虽然目前仅处于能够制造评测材料的状态，但为了开发出在大型马达上也可使用的材料，日本东北大学正在与企业共同推进研究。
打破软磁性材料的常识
铁损低而饱和磁通密度高的材料尽管一直有市场需求，但长期以来未能实现。
原因是软磁性材料的开发中铁损与饱和磁通密度是相关的要素（图2）。
减小铁损，饱和磁通密度就会下降，而提高饱和磁通密度，铁损又会变大。
图2：软磁性材料的特性
导磁率越高，铁损就越低。
不过，越是提高导磁率，饱和磁通密度变会变得越低，
因此低铁损与高饱和磁通密度无法同时实现。
此次开发的纳米结晶材料打破了这一
常识，同时实现了高导磁率和高饱和磁通密度。
比如，在铁损低且导磁率高的软磁性材料中，铁氧化物类的铁氧体、钴（Co）基非晶合金或镍铁合金（Ni-Fe）等广为人知，但与饱和磁通密度极高的纯铁相比，这些材料的饱和磁通密度总的来说都在数分之一左右。
而饱和磁通密度高的Fe及硅钢与导磁率高的Co 基非晶合金等比较，导磁率要小1位数以上。
此次的纳米结晶材料在拥有与以往高导磁率材料相当的低铁损的同时，还拥有与硅钢相当的高磁通饱和密度，具有颠覆以往常识的性能，具有划时代的意义。
以低铁损实现高磁通密度的此次材料有望在需要强磁场的用途中大展拳脚。
其中，尤其有望做出大贡献的是在输电网用大电流变压器及马达上的利用。
这是因为，如果能够在电压器及马达上使用此次的纳米结晶材料，便可通过减少铁损，实现节能。
在电压器及马达的线圈内侧设置的芯材要求能够通过1.5T左右的磁通密度。
这一用途一般使用硅钢。
如果在该硅钢与此次的纳米结晶材料之间比较以50Hz周期通过1.5T磁通密度时的铁损，此次的材料能够实现减少一位数或仅为数分之一的小数值（图3）。
在总用电量中占有比例的变压器及马达的铁损一般占日本国内总耗电量的3.4％，这一数量每年高达335亿kWh之多（图4）。
如果能够将变压器及马达中的硅钢全部换成此次的材料，便可在同样的使用条件下，将电力损失量减少72％，降至96亿kWh。
其效果相当于7座火力发电站的发电量。
今后通过改进优化材料，还有望将铁损进一步减至一半以下，降低为40亿kWh。
图3：铁损少的纳米结晶材料
注意一下1.5T以上部分的话，此次开发的纳米结晶材料即使与铁损少的硅钢相比，
铁损只有其一半左右。
图4：铁损造成的电力损失
整个日本每年有335亿kWh的铁损（JFE 21世纪财团调查）。
如果此次的纳米结
晶材料能够应用于所有马达及变压器，便可节约相当于7座火力发电站的电力。
通过构造改进推进软磁性化
下面来谈一下以往的软磁性材料中为何低铁损（高导磁率）与高饱和磁通密度成为相反的要素，以及东北大学是如何利用新材料来解决这一问题的。
首先，要想实现低铁损或高导磁率，必须使磁各向异性*和磁应变*极小化。
而高饱和磁通密度方面，最好在材料中高浓度含有饱和磁通密度大的Fe元素。
不过，纯铁本身具有很大的磁各向异性和负的磁应变，因此导磁率较低（表1）。
*磁各向异性＝是指磁化方向不同，磁化强度各异的性质。
*磁应变＝是指使磁性体的磁化强度变化的话，材料的形状等也会变化的现象。
从1900年前后开始研究的初期软磁性材料为了减小Fe的磁各向异性和磁应变，采用的是添加与Fe不同的金属，减弱Fe要素的方法（图5）。
不过，添加其他金属原子，减小Fe浓度的话，就会发生电荷迁移，引起比添加金属的比例更大的Fe磁化下降。
结果导致原本有2.2T的纯铁的饱和磁通密度受到极大损失。
图5：软磁性材料的进步
初期的软磁性材料通过合金化尝试降低磁各向异性和磁应变。
从1970年代起开始
使用通过改变原子的排列构造来实现软磁性化的技术。
1970年代非晶*研究兴起。
有人曾尝试使原子形成非结晶的非平衡状态，也就是以几何学方式打乱Fe原子的位置，由此来降低Fe的磁各向异性和磁应变。
这样一来，尽管仍残留有磁应变，但基本消除了磁各向异性。
*非晶＝是指在原子排列上不像结晶那样有规则性，而是无秩序的材料。
不过，纯铁的非晶化以现有的技术无法实现，要想制造出非晶材料，必须按原子比例添加20％左右的其他金属元素。
这最终会导致Fe的高饱和磁通密度减弱。
如果做相同减弱的话，与金属相比半金属的电荷迁移更小，不会使Fe的磁化大幅降低。
因此选择Si及B等半金属进行混合。
1988年，也在此次的材料中采用的纳米结晶被开发出来。
纳米结晶拥有在α-Fe周围包围有非晶的构造。
通过使用液体淬火法形成非晶后进行加热的方法来制造。
该材料几乎没有磁应变及磁各向异性，实现了高导磁率，而且与原来的结晶材料及非晶材料相比拥有更高的饱和磁通密度。
（特约撰稿人：牧野彰宏，日本东北大学金属材料研究所教授）
作者简介：牧野彰宏
工学博士。
1980年在日本东北大学研究生院毕业后进入阿尔卑斯电气。
在担任该公司中央研究所副所长后，1999年起成为日本秋田县立大学系统科学技术部教授。
2005年起任日本东北大学金属材料研究所金属玻璃综合研究中心教授。
1992年和1995年因“高Bs纳米结晶磁性合金研发项目”获得日本金属学会论文奖及该技术开发奖，并且2000年还因“非平衡相磁性材料及其应用项目”获得日本金属学会本金属学会成就奖。