鐵系納米材料的制備與磁特性分析

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1、上海大學(xué)碩士學(xué)位論文鐵系納米材科的制各及磁特性研究第一章文獻(xiàn)綜述1．1納米材料概述納米材料是指在三維空間中至少有一維處在納米尺度范圍(1～100啪)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料?；締卧憔S的納米粒子、一維的納米線／棒及二維的納米薄膜。納米結(jié)構(gòu)由于它具有納米微粒的特性，如量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等特點(diǎn)，又存在由納米結(jié)構(gòu)組合引起的新的效應(yīng)，如量子耦合效應(yīng)和協(xié)同效應(yīng)等，從而表現(xiàn)出獨(dú)特的電子學(xué)、光學(xué)和催化性質(zhì)，使它們成為表面納米工程和構(gòu)建功能化納米結(jié)構(gòu)的理想材料【卜31。1．1．1納米電子學(xué)、光電子學(xué)和磁學(xué)納米粒子的宏觀隧道效應(yīng)確立了微電子器件微型化的極限。

2、納米電子學(xué)、光電子學(xué)及磁學(xué)微電子器件的極限線寬，以硅集成電路而言，普遍認(rèn)為是45rim左右。目前國(guó)際上最窄線寬已為90rim，在十年以內(nèi)將達(dá)到極限。如果將硅器件做的更小，電子會(huì)隧穿通過絕緣層，造成電路短路。2001年7月，荷蘭研究人員制造出在室溫下能有效工作的單電子納米碳管晶體管。這種晶體管以納米碳管為基礎(chǔ)，依靠一個(gè)電子來決定“開”和“關(guān)”狀態(tài)，由于它低耗能的特點(diǎn)，將成為分子計(jì)算機(jī)的理想材料【41。1．1．2納米醫(yī)學(xué)和生物學(xué)從蛋白質(zhì)、DNA、RNA到病毒，都在1-100nm的尺度范圍，從而納米結(jié)構(gòu)也是生命現(xiàn)象中基本的東西。細(xì)胞中的細(xì)胞器和其它的結(jié)構(gòu)單元都是執(zhí)行某種功能的“納米機(jī)械”，細(xì)

3、胞就象一個(gè)個(gè)“納米車間”，植物中的光合作用等都是“納米工廠”的典型例子。遺傳基因序列的自組裝排列做到了原子級(jí)的結(jié)構(gòu)精確，神經(jīng)系統(tǒng)的信息傳遞和反饋等都是納米科技的完美典范。生物合成和生物過程已成為啟發(fā)和制造新的納米結(jié)構(gòu)的源泉，研究人員正效法生物特性來實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的納米級(jí)控制和操縱。上海大學(xué)碩士學(xué)位論文鐵系納米材料的制備及磁特性研究正在研制的生物芯片包括細(xì)胞芯片、蛋白質(zhì)芯片(生物分子芯片)和基因芯片(即DNA芯片)等，都具有集成、并行和快速檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，已成為納米生物工程的前沿科技。將直接應(yīng)用于臨床診斷，藥物開發(fā)和人類遺傳診斷。植入人體后可使人們隨時(shí)隨地都可享受醫(yī)療，而且可在動(dòng)態(tài)檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)疾病

4、的先兆信息，使早期診斷和預(yù)防成為可能。1．1．3納米陶瓷的補(bǔ)強(qiáng)增韌先進(jìn)陶瓷材料在高溫、強(qiáng)腐蝕等苛刻的環(huán)境下起著其他材料不可替代的作用，然而，脆性是陶瓷材料難以克服的弱點(diǎn)。納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰(zhàn)略途徑之一【5】o納米陶瓷具有類似于金屬的超塑性是納米材料研究中令人注目的焦點(diǎn)。例如，納米氟化鈣和納米氧化鈦陶瓷在室溫下即可發(fā)生塑性形變，180℃時(shí)，塑性形變可達(dá)100％。存在預(yù)制裂紋的試樣在180℃下彎曲時(shí)，也不發(fā)生裂紋擴(kuò)展f6】。九十年代初，日本的新原皓一(Niihara)報(bào)道用納米SiC顆粒復(fù)合氧化鋁材料的強(qiáng)度可達(dá)到1GPa以上【71，而常規(guī)的氧化鋁基陶瓷強(qiáng)度只有350-600MPa。德

5、國(guó)馬普冶金材料研究所的科研人員將聚甲基硅氮烷在高溫下裂解后，制得的甜Si3N4微米晶與d．SiC納米晶復(fù)合陶瓷材料，它具有良好的高溫抗氧化性能，可在1600"C的高溫使用(氮化硅材料的最高使用溫度一般為1200-1300"C)【8】。1．2納米磁性材料作為納米材料科學(xué)的一個(gè)分支，納米磁性材料是20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的一種新型磁性材料。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)納米級(jí)強(qiáng)磁性顆粒尺寸為單磁疇臨界尺寸時(shí)，具有甚高的矯頑力，可制成磁性信用卡、磁性鑰匙、磁性車票等，還可以制成磁性液體．廣泛地用于電聲器件、阻尼器件、旋轉(zhuǎn)密封、潤(rùn)滑、選礦等領(lǐng)域。納米磁粉在磁記錄等領(lǐng)域應(yīng)用潛力很大，而塊體納米磁性材料在微控制器、電機(jī)

6、、變壓器、磁頭等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。納米磁性材料的發(fā)現(xiàn)使材料磁性能發(fā)生了質(zhì)的飛躍。同時(shí)，納米材料在醫(yī)藥和生物領(lǐng)域的應(yīng)用也得到了越來越多的2上海大學(xué)碩士學(xué)位論文鐵系納米材料的制各及磁特性研究重視。例如，可以進(jìn)入人體細(xì)胞的分子馬達(dá)的研制受到了科學(xué)界的高度關(guān)注，該設(shè)備包括兩個(gè)金屬推進(jìn)器和一個(gè)金屬桿，由生物分子組件將人體的腺苷三磷酸轉(zhuǎn)化為機(jī)械能量，驅(qū)使金屬推進(jìn)器運(yùn)轉(zhuǎn)。這種納米機(jī)電設(shè)備仍處于研制初期，但將來有望能應(yīng)用在人體細(xì)胞內(nèi)發(fā)放藥物等醫(yī)療任務(wù)上。根據(jù)物質(zhì)的磁性，磁性納米材料大致可分為：永磁(硬磁)納米材料、軟磁納米材料、旋磁納米材料、矩磁納米材料等。1。根據(jù)應(yīng)用的角度，磁性納米材料可分為：納

7、米微晶軟磁材料、納米微晶永磁材料、納米磁記錄材料、磁性液體、巨磁電阻材料等。下面簡(jiǎn)單介紹一下幾種重要的磁性材料。1．2．1永磁納米材料對(duì)于永磁材料，要求磁性強(qiáng)，保持磁性的能力也強(qiáng)，而且磁性要穩(wěn)定，不受或不易受外界環(huán)境條件的影響。納米級(jí)的永磁材料其磁性能更優(yōu)越，其永磁性能可以隨合金的組元、含量和制造工藝等不同而有顯著的變化。目前研究較多的主要是Nd．Fe．-B系、Fe．Cr-Co系和Fe．Co．V系。這些合金加少量其他元素如Ti、Cu、Co、W等