纳米磁性材料

（2）生成磁性液体的必要条件 ） 生成磁性液体的必要条件是强磁性颗粒要足够小， 生成磁性液体的必要条件是强磁性颗粒要足够小 ， 在致可以削弱磁偶极矩之间的静磁作用， 在致可以削弱磁偶极矩之间的静磁作用 ， 能在基液 中作无规则的热运动。 中作无规则的热运动。 （3） 基液 ） 水基、 煤油基 、 短基 、 二醋基 、 聚苯基 、 硅油基 、 水基 、 煤油基、 短基、 二醋基、 聚苯基、 硅油基、 氟碳基等。 氟碳基等。
5. 纳米磁记录材料
磁性纳米粒子由于尺寸小，具有单磁畴结构， 磁性纳米粒子由于尺寸小，具有单磁畴结构，矫顽力很 用它制作磁记录材料，能使记录密度大大提高， 高，用它制作磁记录材料，能使记录密度大大提高，可比普 通的磁性材料提高10倍以上 还可以提高声噪比， 倍以上； 通的磁性材料提高 倍以上； 还可以提高声噪比，改善图象 质量。 质量。 20世纪 年代，高密度磁记录用的磁粉的尺寸就已进入到纳 世纪80年代 世纪 年代， 米尺寸，例如： 米尺寸，例如： 磁粉尺寸给为200nm×35nm， （1） 性能优良的 ） 性能优良的CrO2磁粉尺寸给为 × ， （2） 铁或其合金磁粉的尺寸给为 ） 铁或其合金磁粉的尺寸给为20nm，并制成高密度的金 ， 属磁带， 属磁带， 年代发展起来的掺Co、 的钡铁氧体 的钡铁氧体（ （3） 90年代发展起来的掺 、Ti的钡铁氧体（BaFe12O19） ） 年代发展起来的掺 典型的颗粒尺寸为六角片形，直径50nm，厚20nm， 典型的颗粒尺寸为六角片形，直径 ， ， （4） 近年来，又研究氮化铁、碳化铁等类型的纳米磁粉。 ） 近年来，又研究氮化铁、碳化铁等类型的纳米磁粉。
1963年 ， 美国国家航空与航天局的帕彭首先 采用油酸为表 年 美国国家航空与航天局的帕彭首先采用油酸为表 面活性剂，把它包覆在超细的Fe3O4微颗粒上(直径约为l0m)， 面活性剂，把它包覆在超细的Fe 微颗粒上(直径约为l m)， 并高度弥散于煤油(基液) 从而形成一种稳定的胶体体系。 并高度弥散于煤油(基液)中，从而形成一种稳定的胶体体系。 在磁场作用下， 在磁场作用下，磁性颗粒带动着被表面活性剂所包裹着的液体 一起运动，好像整个液体具有磁性，于是，取名为磁性液体 磁性液体。 一起运动，好像整个液体具有磁性，于是，取名为磁性液体。
1/
~1/5，其晶粒尺寸约为 其晶粒尺寸约为10nm。除Fe-Si系列外， 系列外， 。 系列外 4
Fe-M-B系列纳米微晶材料（M为Zr，Ta，Mo，Hf 系列纳米微晶材料（ 为 ， ， ， 系列纳米微晶材料 ），Fe-M-C系列（M为Zr，Hf，Nb，Ti，V，Ta 系列（ 为 ， ， ， ， ， 等）， 系列 等）商品牌号为Nanomax，作为高密度磁头的输出 商品牌号为 ， 系非晶膜磁头约高5dB。20世纪80年代末 比Co-Ta-Hf系非晶膜磁头约高 系非晶膜磁头约高 。 期起已进入工业化生产，如日立金属公司等。我国亦 我国亦 年代投入生产， 于90年代投入生产，总体水平处于世界第三位。 年代投入生产 总体水平处于世界第三位。 纳米微晶软磁材料目前沿着高频、 纳米微晶软磁材料目前沿着高频、多功能方向发 高频 应用领域将遍及软磁材料应用的各方面 将遍及软磁材料应用的各方面， 展，其应用领域将遍及软磁材料应用的各方面，如 功率变压器、脉冲变压器、高频高压器、 功率变压器、脉冲变压器、高频高压器、可饱和电 抗器、互感器、磁屏蔽、磁头、磁开关、传感器等， 抗器、互感器、磁屏蔽、磁头、磁开关、传感器等， 它将成为铁氧体的有力竞争者。 它将成为铁氧体的有力竞争者。
2.
磁性液体的的用途
（1）磁密封 ） a. 旋转轴动态磁密封
利用磁性液体可以被磁控的特性， 利用磁性液体可以被磁控的特性 ， 人们利用环状永磁体在 旋转轴密封部件产生一环状的磁场分布， 旋转轴密封部件产生一环状的磁场分布，将磁性液体约束在磁 场之中而形成磁性液体的“ 形环 可进行真空、加压、 形环， 场之中而形成磁性液体的 “ O”形环， 可进行真空 、 加压 、 封 封油等情况下的动态密封， 水、封油等情况下的动态密封， 具有无泄露、无磨损、自润滑、寿命长等特点。 具有无泄露、无磨损、自润滑、寿命长等特点。
四、 磁性液体
1. 磁性液体的定义 磁性液体是由纳米磁性微粒包复一层长链的有机表 面活性剂，高度弥散于一定基液中， 面活性剂，高度弥散于一定基液中，而构成稳定的具 有磁性的液体。 其中磁性微粒尺寸通常小于10nm， 有磁性的液体 。 其中磁性微粒尺寸通常小于 ， 呈超顺磁性。 呈超顺磁性。 （1）磁性液体的名称的起源 ）
二、 纳米微晶永磁材料
1. 永磁材料的定义 永磁材料是指那些难以磁化， 永磁材料是指那些难以磁化 ， 且除去外磁场以 仍能保留高的剩余磁化强度的材料。 后 ， 仍能保留高的剩余磁化强度的材料 。 又称为 硬磁性材料。 硬磁性材料。 特点：矫顽力高，剩余磁感应强度大于1T以上。 以上。 特点：矫顽力高，剩余磁感应强度大于 以上 2. 永磁材料的用途 3. 纳米永磁材料的性质和发展状况
2．软磁材料的用途 ． 软磁材料广泛地应用于： 软磁材料广泛地应用于： （1）电力电信（变压器、发电机、电动机） ）电力电信（变压器、发电机、电动机） （2）家用电器 ） （3）计算机等领域（如存储器） ）计算机等领域（如存储器） 3. 软磁材料的性质 软磁材料一般的技术要求 通常为 高磁导率， 软磁材料一般的 技术要求通常为 高磁导率 ， 低矫 技术要求 通常为高磁导率 顽力， 宽频带， 低损耗， 顽力 ， 宽频带 ， 低损耗 ， 此外对变压器开关电源磁 头等应用尚希望饱和磁化强度。 头等应用尚希望饱和磁化强度。 饱和磁化强度 从磁畴理论出发， 从磁畴理论出发 ， 传统的软磁材料在配方上有两 点值得注意：一是磁各向异性；二是晶粒粗化。 点值得注意：一是磁各向异性；二是晶粒粗化。
一、 纳米微晶软磁材料
（一）. 软磁材料 1. 软磁材料的定义： 软磁材料的定义： 软磁性材料主要是指那些容易反复磁化， 软磁性材料主要是指那些容易反复磁化 ， 且在 外磁场去掉后，容易退磁的材料。 外磁场去掉后，容易退磁的材料。 特点： 矫顽力H 低于10 特点： 矫顽力 c低 (低于 2A/m)，相对导磁系数 低于 ， 一般在10 每周期磁滞损耗小， 大 ， 一般在 3~105 ， 每周期磁滞损耗小 ， 它的雌 滞曲线成条状， 而且对温度、 滞曲线成条状 ， 而且对温度 、 震动等的干扰较为 稳定。 由于它的导磁率高， 一旦外磁场发生变化， 稳定 。 由于它的导磁率高 ， 一旦外磁场发生变化 ， 材料的磁场就发生很大的变化。 材料的磁场就发生很大的变化。
1983年真空块样 年真空块样NdFeB稀土永磁问世，不久，美国 稀土永磁问世， 年真空块样 稀土永磁问世 不久，美国GM公 公 司投入规模生产。 司投入规模生产。 铁磁相Nd 呈等轴型纳米微晶， 铁磁相 2Fe14B呈等轴型纳米微晶，平均晶粒尺为 呈等轴型纳米微晶 平均晶粒尺为30nm， ， 晶粒外覆盖一层厚约为1~2nm的富 缺B的非晶相。 的富Nd缺 的非晶相 的非晶相。 晶粒外覆盖一层厚约为 的富
2. 磁性液体的特点
（1）在磁场作用下可以被磁化，可以在磁场作用下 ）在磁场作用下可以被磁化， 运动，但同时它又是液体，具有液体的流动性。 运动，但同时它又是液体，具有液体的流动性。
（ 2） 在静磁场作用下， 磁性颗粒将沿着外磁场方向 ） 在静磁场作用下 ， 形成一定有序排列的团链簇， 形成一定有序排列的团链簇，从而使得液体变为各向 异性的介质。 异性的介质。如： a. 当光波、声波在其中传播时(如同在各向异性的晶 当光波、声波在其中传播时 如同在各向异性的晶
体中传播一样)，会产生光的法拉第旋转、双折射效应、 体中传播一样 ，会产生光的法拉第旋转、双折射效应、 二向色性以及超声波传播速度与衰减的各向异性。 二向色性以及超声波传播速度与衰减的各向异性。 b. 磁性液体在静磁场作用下， 磁性液体在静磁场作用下，介电性质亦会呈现各
向异性。 向异性。 这些有别于通常液体的奇异性质， 这些有别于通常液体的奇异性质 ， 为若干新颖的 磁性器件的发展奠定了基础。 磁性器件的发展奠定了基础。
第五讲
纳米磁性材料
分类： 分类：
从应用的角度纳米磁性材料大致分为以下几种类型： 1、纳米微晶软磁材料； 纳米微晶软磁材料； 2、纳米微晶永磁材料； 纳米微晶永磁材料； 3、纳米磁记录材料； 纳米磁记录材料； 4、磁性液体； 磁性液体； 5、颗粒膜磁性材料； 颗粒膜磁性材料； 6、巨磁电阻材料。 巨磁电阻材料。
SmCo系统的纳米稀土永磁槽糕也已研制成功，纳 系统的纳米稀土永磁槽糕也已研制成功， 系统的纳米稀土永磁槽糕也已研制成功 米微晶粉料主要作为粘结永磁体的原材料， 米微晶粉料主要作为粘结永磁体的原材料，具有较好 的热稳定性、耐腐蚀性，在国际上产量迅速增长， 的热稳定性、耐腐蚀性，在国际上产量迅速增长，尤 其适用于微电机等小型异型 微电机等小型异型、 其适用于微电机等小型异型、尺寸精度要求高的永磁 器件。 器件。 20世纪 年代后国内也有一定的生产量，稀土永磁 世纪90年代后国内也有一定的生产量 世纪 年代后国内也有一定的生产量， 的研究工作如SmFe掺氮，我国是处于国际先进水平的。 掺氮，我国是处于国际先进水平的。 的研究工作如 掺氮 近年来研究工作的新方向是纳米复相稀土永磁材料 的研制， 它是稀土永磁纳米晶与a-Fe等软磁相纳米复 的研制 ， 它是稀土永磁纳米晶与 等软磁相纳米复 合而成，预期可降低成本，提高性能， 合而成 ， 预期可降低成本 ， 提高性能 ， 但尚未投入生 产，这方面研究值得重视。
b. 防尘密封
在计算机中为防止尘埃进入硬盘中损坏磁头与磁盘， 在计算机中为防止尘埃进入硬盘中损坏磁头与磁盘 ， 在转 轴 处 也 已 普 遍 采 用 磁 性 液 体 的 防 尘 密 封 。 气流粉碎（分级）机等等。 气流粉碎（分级）机等等。
C. 真空密封
在精密仪器的转动部分， 在精密仪器的转动部分，如X射线衍射仪中的转靶部分 射线衍射仪中的转靶部分 的真空密封，大功率激光器件的转动部件， 的真空密封，大功率激光器件的转动部件，甚至机械人的 活动部件亦采用磁性液体密封法。此外，单晶炉提拉部位、 活动部件亦采用磁性液体密封法。此外，单晶炉提拉部位、 真空加热炉等有关部件的密封等， 真空加热炉等有关部件的密封等，磁性液体是较为理想动 态密封方式之一。 态密封方式之一。