淺析納米磁性材料及其應用

（太原科技大學材料科學與工程學院，山西太原市，030024）馮 凱

1 引言

磁性材料一直是國防以及工業重要的支出和基礎，它的應用非常廣泛，尤其是在信息存儲以及數據的傳輸的是不可或缺的組成部分。主要廣泛的使用在電子信息、自動控制、通訊以及家電領域。尤其是在當前的微機時代，信息化的發展朝向比較的小、輕等方向發展。對于磁性的材料而言，已經經歷了晶態、非晶態、納米微晶態等發展階段。尤其是在2000年以后，美國政府已經向美國的國會提交了增加納米科技的研究費用，主要的依據則是巨磁電阻效應顯示出巨大的經濟效益和社會效益。其中的產值預計超過1千億美元[1]。

2 磁性納米微晶材料及其應用

2.1 磁性納米的微晶材料及其應用

對于磁性的納米微晶材料大致上可以分為納米微晶永磁材料與納米微晶軟磁材料兩大類。

2.1.1 納米微晶永磁材料

在進行繼1967年SmC06第一代的稀土的永磁性的材料研發之后，在1972年第二代的Sm2C07稀土永磁材料后，在1983年的時候，高性能、低成本的第三代的稀土永磁材料NdFeB之后變誕生了，這個材料進一步的奠定了稀土永磁的霸主地位。1993年日本所產的稀土永磁產值首次的超過永磁鐵，根據相關估計，2025年全球的燒結的NdFeB的產值達到300億美元，并在此過程中，超過永磁氧化鐵，而且在正常的情況下，對于燒結的NdFeB的磁性為永磁鐵氧體的12倍，因此在一定的相似的情況下，體積、重量均將大減小。進而實現高效率以及低能耗的目的。對于這種的納米微晶永磁材料主要使用在微型電機、自動化辦公用品、自動的控制領域同時也是稀土永磁研究以及應用的重要方向[2]。

2.1.2 納米微晶軟體材料

對軟磁的材料發展狀態，分別是晶態、非晶態、納米微晶態，對于現階段的納米微晶態而言，性能上十分的優異，具有高磁導電率、低損耗以及較高的磁化強度。主要的應用范圍是在開關電源、變壓器、傳導器這些都可以實現小型化以及高頻化，最重要的是多功能化近年來發展非常迅猛[3]。

2.2 磁性納米微材料及其應用

磁性的納米顆粒最早使用在納米磁性的材料中，從實際的應用中可以大致上分為：①磁記錄性的介質;②磁性液體；③磁性藥物;④吸波材料。

磁性材料和信息化、自動化、機電一體化、國民經濟等方面息息相關。對于現代的磁記錄而言，目前還是信息工業的主體，大趨勢則是為大容量、小尺寸、密度高以及價格低等特點，同時再此基礎上為了提高磁記錄的密度，對已經從微米慢慢的向亞微米過渡，比方說對于性能比較好的CR02磁鐵粉尺寸大約是200*35nm，對于合金磁粉的尺寸為80nm，對于納米磁性顆粒的研究不但是對于磁記錄的工業所需，而且具有一定的基礎性的研究的意義。比方說小尺寸效應，量子尺寸效應‘宏觀量子隧道效應等他們的研究都是以納米微粒是主要的研究對象[4]。

磁性納米顆粒在醫學上作為靶向藥物，細胞的分離、磁控造影等醫學醫療應用，有的已經進入了臨床試驗階段。

2.3 磁性納米有序陣列及其應用

磁性的記錄進一步發展演化為“量子磁盤”主要采用的量子雕刻方法，配合化學電鍍等工藝，將磁性的納米線進行有序的排列，進而在實際上構成納米有序的陣列，利用各個磁納米線方向的不同，進行有序的排列，構成納米有序排列，利用磁納米各向異存儲特性，當實際的線間距為10μm的時候，記錄密度預計可以達到400GB/IN，這就相當于每平方米存儲的20萬部的《紅樓夢》，這一研究成果正在不斷的向商品化成果進行轉化，預計在未來可以達到的實際產值為600億美元[5]。

3 磁性納米結構材料及其應用

對于納米性的結構材料而言，大體上可以分為兩大類。①人工合成的納米的材料，如薄膜、多層膜、隧道結等。②天然的納米結構的材料,鈣鈦礦型化合物。

在具體的多層薄膜及隧道的結果上，當實際的薄膜厚度及間距之間的電子平均自由度相當的時候，所表現出來的運輸特性和后期的電子的自旋取向有關，呈現出一種巨磁電阻效應，巨磁電阻特征主要是基于電子的磁性納米結構和電子自選方向運輸相關的特性有關，隨著磁盤密度的不斷增加，現在已經超過了65GB/in^2,其中主要的核心點在于其運用了巨磁電阻效應的磁頭進行數據的讀取，對于巨磁電阻的效應的產值已經達到了100億美元/年，磁性隨機存儲器材會在未來有大量的商業化用途，預計產值可以達到千億美元。

電子磁性納米構件是20世紀末最具影響力的重大成果，除了巨磁電阻效應的讀出磁頭外，MRAM、磁傳感器、全金屬晶體管等一些比較新型的研究技術正在方興未艾，現代的自選電子學已經成為比較青睞的學科。1993年，人們在后期的鈣鈦型化合物等天然納米的結構材料中發現了龐磁電阻效應，再此基礎上人們又發現了巨磁熵變，巨磁伸縮效應，受到人們的廣泛關注，另外從基礎的研究角度出發，鈣鈦型化合物是一種比較特殊的高溫超導發的氧化材料，屬于一種比較強的關聯體，它和磁學以及運輸學同樣的引人注目[6]。

4 結束語

對于本文所研究的電磁性納米材料和納米結構是具體的納米重要的組成部分，在后期的研究過程中具有一定的研究價值以及經濟利益，對于部分的研究成果已經進入了工業化的生產和規模化的階段，取得了比較顯著的經濟價值。