磁性纳米材料的发展及应用.pdf

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2009年11月安庆师范学院学报(自然科学版)Nov.2009
第15卷第4期JournalofAnqingTeachersCollege(NaturalScienceEdition)Vol.15No.4

磁性纳米材料的发展及应用

操迎梅
(安庆市科学教育管理站,安徽安庆246001)

摘要:磁性纳米材料因其具有独特的性质,在现代社会中有着广泛的应用,并越来越受到人们的关注。本文主要
介绍了磁性纳米材料的发展过程和主要特点,概述了纳米磁性材料的制备方法,如机械球磨法、水热法、微乳液法、超声
波法等,总结了纳米磁性材料在实际中的应用,并对其研究前景进行了展望。
关键词:磁性;纳米材料;应用
中图分类号:TM271文献标识码:A文章编号:1007-4260(2009)04-0052-04

0引言
由于社会的发展和科学的进步,磁性纳米材料的研究和应用领域有了很大的扩展。人们有意识地
制备纳米磁性微粒,可以追溯到20世纪60年代,然而大自然却早已存在多种形式的纳米磁性微粒:千
里迢迢能安全归航的鸽子、具有记忆功能的蜜蜂、蝴蝶、高智商的海豚等均含有引导方向的纳米磁性微
粒所构成的磁罗盘。至于磁性微粒与生物体神经网络的联系,至今还是神秘的谜[1]。
纳米材料又称纳米结构材料,是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围内的材料(1-100
nm),或由它们作为基本单元构成的材料,是尺寸介于原子、分子与宏观物体之间的介观体系,因此,纳
米磁性材料的特殊磁性可以说是属于纳米磁性。而纳米磁性材料和纳米磁性又分别是纳米科学技术和
纳米物性的一个组成部分。颗粒的磁性,理论上始于20世纪初期发展起来的磁畴理论,理论与实验表
明:当磁性微粒处于单畴尺寸时,矫顽力将呈现极大值。铁磁材料,如铁、镍、钻等磁性单畴临界尺寸大
约处于l0nm量级,在应用上,可以作为高矫顽力的永磁材料和磁记录材料。由于颗粒磁性与其尺寸有
关,若尺寸进一步减小,颗粒将在一定的温度范围内将呈现出超顺磁性。利用微粒的超顺磁性,人们在
50年代开始对镍纳米微粒的低温磁性进行了研究,提出了磁宏观量子隧道效应的概念,并在60年代末
期研制成了磁性液体。60年代非晶态磁性材料的诞生为磁性材料增添了新的一页,也为80年代纳米
微晶磁性材料(纳米微晶软磁材料、纳米复合永磁材料)的问世铺平了道路。80年代以后,在理论与实
验二方面,开始对纳米磁性微粒的磁宏观量子隧道效应进行研究,现已成为基础研究的重要课题之一。
如1988年首先在Fe/Cr多层膜中发现了巨磁电阻效应,叩开了新兴的磁电子学的大门,为纳米磁性材
料的研究开拓了新的领域[2-4]。
1磁性物质的发展过程

磁性是物质的基本属性之一。早在公元前四世纪,人们就发现了天然的磁石(磁铁矿Fe3O4),我国
古代人民最早用磁石和钢针制成了指南针,并将它用于军事和航海。
对物质磁性的研究具有悠久的历史,是在十七世纪末期和十八世纪前半叶开始发展起来的。1788
年,库仑(Coulomb)把他的二点电荷之间的相互作用力规律推广到二磁极之间的相互作用上。1820
年,丹麦物理学家奥斯特(Oersted)发现了电流的磁效应;同年法国物理学家安培(Ampere)提出了分子
电流假说,认为物质磁性起源于分子电流。1831年,英国科学家法拉第(Faraday)发现了电磁感应定
律,并提出磁场的概念,为统一电磁理论打下了基础。1834年,俄国物理学家楞茨(Lenz),建立了感应
电流方向和磁场变化关系的楞次定律.英国物理学家麦克斯韦(Maxwell)将电和磁现象联系起来,系统

*收稿日期:2009-07-30
作者简介:操迎梅,女,安徽安庆人,安庆市科学教育管理站工作。
第4期操迎梅:磁性纳米材料的发展及应用53

地提出了关于电磁场的麦克斯韦方程组,并预言了电磁波的存在。1888年德国物理学家赫兹(Hertz)
证实了麦克斯韦的电磁场理论。十九世纪末随着铁磁性和抗磁性的发现,法国物理学家居里(Curie)
深入考察了抗磁性和顺磁性与温度的关系,建立了顺磁磁化率与温度成反比的实验规律居里定律。
居里的研究成果推动了固体磁性理论的蓬勃发展。1905年朗之万(Langevin)将经典统计力学应用到
一定大小的原子磁矩系统,推导出了居里定律。1907年,法国的物理学家外斯(Weiss)提出了铁磁体内
部存在分子场和磁畴的假设,在理论上定性地解释了铁磁体的磁性。二十世纪20年代后,随着量子力
学的发展,人们对物质磁性的认识进入了崭新的阶段。人们认识到磁性的本质是一种量子力学效应。
运用量子力学,海森堡(Heisenberg)对氦原子,海脱勒和伦敦(HeitlerandLondon)对氢分子进