《纳米功能材料》第四章 纳米磁功能材料.pptxVIP

第四章 纳米磁功能材料;Nanostructured Magnetic Materials纳 米 结 构 磁 性 材 料;超顺磁性— Fe纳米粒子（2.2nm）的磁化曲线;磁性材料概述 磁性材料是具有磁有序的磁性物质，由过渡元素铁、钴、镍等、稀土元素钐、钕等、构成的合金及化合物，并能够直接或间接产生磁性的物质。 磁性材料具有能量转换、存储或改变能量状态的功能，是重要的功能材料。 按矫顽力的大小可将磁性材料分为硬磁、半硬磁、软磁材料三种。 磁性材料广泛地应用于计算机、通讯、自动化、音像、电机、仪器仪表、航空航天、农业、生物与医疗等技术领域。;磁性材料发展简史 中国是世界上最先发现物质磁性现象和应用磁性材料的国家。早在战国时期就有关于天然磁性材料（如磁铁矿）的记载。11世纪就发明了制造人工永磁材料的方法。1086年《梦溪笔谈》记载了指南针的制作和使用。 近代，电力工业的发展促进了金属磁性材料──硅钢片（Si-Fe合金）的研制。 19世纪，从碳钢发展到后来的稀土永磁合金，性能提高二百多倍。 20世纪40年代，软磁金属材料从片状改为丝状再改为粉状，仍满足不了通信技术发展对频率扩展的要求。荷兰J.L.斯诺伊克发明电阻率高、高频特性好的铁氧体软磁材料，接着又出现了价格低廉的永磁铁氧体。 50年代初，美籍华人王安首先使用矩磁合金元件作为计算机的内存储器，不久被矩磁铁氧体记忆磁芯所取代，后者在60～70年代对计算机的发展起过重要作用。 50年代初，发现铁氧体具有独特的微波特性，制成一系列微波铁氧体器件，如作为压磁材料用于声纳技术，后来又出现了强压磁性的稀土合金。 非晶态（无定形）磁性材料是近代磁学研究的成果，在发明快速淬火技术后，1967年解决了制带工艺，正向实用化过渡。;磁性是物质的基本属性;磁性是物质的基本属性;磁滞回线;磁 畴;在电饭锅的底部中央安装了一块磁铁和一块居里点为105℃的磁性材料。当锅里的水分干了以后，食品的温度将从100度上升。当温度到达大约105 ℃时，由于被磁铁吸住的磁性材料的磁性消失，磁铁就对它失去了吸力，这时磁铁和磁性材料之间的弹簧就会把它们分开，同时带动电源开关被断开，停止加热。;宏观铁磁体的尺寸减小到介观尺度 ;物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状分类 ：铁磁性、亚铁磁性、反铁磁性、顺磁性、抗磁性;非晶态磁性材料：;纳米磁性材料;一、硬磁材料：硬磁材料也称为永磁材料。是指材料被外磁场磁化以后，去掉外磁场仍然保持着较强剩磁的材料。它也是人类最早发现和应用的磁性材料。表征硬磁材料性能的主要参数是剩余磁感应强度Br、矫顽力Hc和最大磁能积(BH)max 三者愈高，硬磁材料性能越好。由此引起这类材料具有大的磁滞损耗。;永磁材料发展历程; 铸造硬磁合金指铸造的A1-Ni-Co和A1-Ni-Co-Ti系等合金，是一种应用广泛、高磁能积、高矫顽力的合金。其特点是质脆而硬．只能通过铸造(或粉末冶金)成形和磨削加工成磁体，其(BH)max从8 - 80 kJ/m3。 由于六、七十年代永磁铁氧体和稀土永磁合金的迅速发展，铝镍钴合金开始被取代，产量自七十年代以来明显下降。但在对永磁体稳定性要求较高的许多应用中，铝镍钴系永磁合金往往是最佳选择。 铝镍钴合金被广泛用于电机器件上，如发电机，电动机，继电器和磁电机；以及电子行业中的扬声器，行波管，电话耳机和受话器等。;（ b）可变形硬磁合金;（c）稀土永磁材料;钐钴合金和钕铁硼合金性能;（d）其它永磁材料;永磁材料有多种用途： ①电磁力作用原理：扬声器、话筒、电表、按键、电机、继电器、传感器、开关等。 ②磁电作用原理：磁控管和行波管等微波电子管、显像管、钛泵、微波铁氧体器件、磁阻器件、霍尔器件等。 ③磁力作用原理：磁轴承、选矿机、磁力分离器、磁性吸盘、磁密封、磁黑板、玩具、标牌、密码锁、复印机、控温计等。 其他方面的应用：磁疗、磁化水、磁麻醉等。;二、软磁材料：;（1）电工纯铁和低碳电工钢;（a）电工纯铁;（b）铁铝合金;（2）铁镍合金;（3）非晶态合金;软磁材料的应用： 主要用于磁性天线、电感器、变压器、磁头、耳机、继电器、振动子、电视偏转轭、电缆、延迟线、传感器、微波吸收材料、电磁铁、加速器高频加速腔、磁场探头、磁性基片、磁场屏蔽、高频淬火聚能、电磁吸盘、磁敏元件(如磁热材料作开关)等。;三、磁致伸缩材料 magnetostrictive material：具有磁致伸缩特性的材料 磁致伸缩：在铁磁体和亚铁磁体材料中，原子磁矩的定向排列，不仅导致磁性质的各向异性，还导致键合力的各向异性和晶格常数的择优取向。这种作用在宏观上的表现为磁化方向上的长度变化，即磁致伸缩。 在交变磁场的作用下，磁致伸缩材料产生与交变磁场频率相同的机械振动；或者相反，